Ein Tor, das geöffnet oder geschlossen werden kann, um das Bestehen von Arten an einer oder beide Seiten zuzulassen oder zu blockieren, gilt nicht nur für die Makroskala, beispielsweise ein Farm -Gate zur Kontrolle der Lagerbewegungen, sondern auch im Nanoskala, wo ein Tor kontrollieren kann Die Translokation einzelner Moleküle.
Eine von Forschern der Osaka University geleitete Zusammenarbeit hat ein Nanogat entwickelt, das durch die Anwendung von Strom geöffnet oder geschlossen werden kann. Das Nanogat zeigt verschiedene Verhaltensweisen, abhängig von den Materialien in den Lösungen auf beiden Seiten des Gate und der angelegten Spannung, was es für verschiedene Anwendungen attraktiv macht, einschließlich der Erfassung und kontrollierten chemischen Reaktionen.
Das Nanogat bestand aus einer einzigen winzigen Pore, die in einer Siliziumnitridmembran gebildet wurde. Die Membran wurde in einer Strömungszelle positioniert, die auf einem Chip gebildet wurde, und auf beiden Seiten der Membran wurden Lösungen eingeführt. Die Forscher wendeten Spannung über Elektroden auf dem Chip auf die Durchflusszelle und messen den resultierenden Ionenstrom, der den Transport von Ionen durch die Pore widerspiegelte. Der ionische Strom war empfindlich gegenüber den Ionen in den Lösungen auf beiden Seiten der Membran; Somit könnte der Ionenfluss und der resultierende Niederschlag oder die Auflösung von Metallverbindungen in der Pore genau kontrolliert werden.
Die Änderung des Porendurchmessers aufgrund von Niederschlägen (die den Nanogat schloss) oder die Auflösung (die das Nanogat öffnete) führte zu unterschiedlichen Ionentransportarten. „Ausfälle wuchsen und schlossen die Pore unter negativer Spannung, wodurch der Ionenstrom verringert wird“, sagt Makusu Tsutsui, führender Autor der Studie. „Invertieren der Spannungspolarität führten dazu, dass sich die Niederschläge auflösen und die Poren wieder öffnen.“
Unter bestimmten Bedingungen führte die Bildung eines Niederschlags, der die Pore blockierte, zu dem höchsten Richtigungsverhältnis, das ein Maß für die Neigung der Ionen ist, nur in eine Richtung zu reisen, die bisher für ein Nanofluidikgerät erreicht wurde. Das System könnte sich nicht als Gleichrichter als Memristor verhalten. Das heißt, in seiner Beziehung zwischen Strom und Spannung wurde ein Gedächtniseffekt beobachtet. Die sequentielle Ausfällung und Auflösung von Materialien in der Pore führte zu diesem memristiven Verhalten.
Zusätzlich könnten In-Pore-Reaktionen reguliert werden, um die Erkennung von Biomolekülen zu ermöglichen. Dies wurde unter Verwendung von DNA demonstriert. Das System zeigte unterschiedliche Ausgangssignale, als sich einzelne DNA -Moleküle durch die Pore bewegten.
„Die Fähigkeit, die Porengröße mit der angelegten Spannung fein zu steuern, sollte es ermöglichen, Poren unmittelbar vor der Durchführung von Messungen auf bestimmte Analyten zugeschnitten zu werden“, erklärt der leitende Autor Tomoji Kawai. „Wir gehen auch davon aus, dass unser Ansatz verwendet werden kann, um Reaktionssysteme zu entwickeln, um auf neue chemische Verbindungen zuzugreifen.“
Die Verwendung einer Membran mit einer einzelnen kontrollierten Pore in nanofluidischen elektrochemischen Geräten ist ein vielseitiger Ansatz, der auf spezifische Anwendungen zugeschnitten werden kann, einschließlich Erfassungen, chemischer Reaktionen und neuromorpHes Computing.
