Нано-ворота: созданы управляемые напряжением нанопоры, способные улавливать частицы

Ученые из Института научных и промышленных исследований Университета Осаки создали нанопоры в диоксиде кремния диаметром всего 300 нм, окруженные электродами. Применение напряжения позволяет этим порам блокировать прохождение частиц. Это открывает перспективы для разработки сенсоров, способных обнаруживать сверхмалые концентрации целевых молекул, и технологий секвенирования ДНК нового поколения.

Нанопоры — это крошечные отверстия, достаточно широкие для прохождения лишь одной молекулы или частицы. Движение наночастиц через них обычно регистрируется как электрический сигнал, что делает их перспективной платформой для новых одночастичных сенсоров. Однако до сих пор оставалась сложной задача управления движением частиц.

Ученые использовали технологию интегрированных наноэлектромеханических систем для создания твердотельных нанопор шириной 300 нм. Отверстия окружают круговые платиновые затворные электроды, которые могут блокировать прохождение наночастиц. Это достигается подбором правильного напряжения, которое притягивает ионы в растворе, создавая встречный поток, блокирующий вход частицы.

«Движения одиночных наночастиц можно контролировать с помощью напряжения, приложенного к окружающему затворному электроду, когда мы точно настраиваем электроосмотический поток через поверхностный электрический потенциал», — говорит первый автор Макусу Цуцуи.

После улавливания частицы у входа в нанопору можно создать тонкий дисбаланс сил между электрофоретическим притяжением и гидродинамическим сопротивлением. Это позволяет втягивать частицы чрезвычайно медленно, что может обеспечить правильную скорость протягивания длинных полимеров, таких как ДНК, для секвенирования.

«Представленный метод не только может повысить точность детектирования субмикрометровых объектов, таких как вирусы, но и предоставляет метод для анализа структуры белков», — отмечает старший автор Томодзи Каваи.

В то время как нанопоры уже используются для идентификации различных молекул по генерируемому току, продемонстрированная технология может расширить спектр аналитов, исследуемых таким способом. Например, можно будет детектировать малые молекулы, такие как белки и сегменты микро-РНК, которые необходимо втягивать с очень контролируемой скоростью.

Статья «Field effect control of translocation dynamics in surround-gate nanopores» опубликована в Communications Materials.