Nanopoort: Onderzoekers creëren spanningsgestuurde nanoporiën die deeltjes kunnen vasthouden terwijl ze proberen erdoorheen te gaan

Wetenschappers van het Instituut voor Wetenschappelijk en Industrieel Onderzoek aan de Universiteit van Osaka vervaardigden nanoporiën in siliciumdioxide met een diameter van slechts 300 nm, omgeven door elektroden. Deze nanoporiën zouden kunnen voorkomen dat deeltjes binnendringen door alleen een spanning aan te leggen, wat de ontwikkeling mogelijk maakt van sensoren die zeer kleine concentraties doelmoleculen kunnen detecteren, evenals de volgende generatie DNA-sequentietechnologie.

Nanoporiën zijn kleine gaatjes die breed genoeg zijn om er maar één molecuul of deeltje doorheen te laten. De beweging van nanodeeltjes door deze gaten kan meestal worden gedetecteerd als een elektrisch signaal, waardoor ze een veelbelovend platform zijn voor nieuwe single-deeltjessensoren. Het beheersen van de beweging van de deeltjes was tot dusver echter een uitdaging.

Wetenschappers van de Universiteit van Osaka gebruikten geïntegreerde nano-elektromechanische systeemtechnologie om nanoporiën in vaste toestand te produceren, slechts 300 nm breed, met ronde platina poortelektroden rond de openingen die kunnen voorkomen dat nanodeeltjes er doorheen gaan. Dit wordt bereikt door de juiste spanning te selecteren die ionen in de oplossing trekt om een ​​tegengestelde stroom te creëren die de toegang van het nanodeeltje blokkeert.

“De bewegingen van één nanodeeltje zouden kunnen worden gecontroleerd via de spanning die wordt aangelegd op de omringende poortelektrode, wanneer we de elektro-osmotische stroming fijnafstemden via het elektrische potentiaal aan het oppervlak”, zegt eerste auteur Makusu Tsutsui. Nadat het deeltje is opgesloten bij de opening van de nanoporie, kan er een subtiele krachtonbalans ontstaan ​​tussen de elektroforetische aantrekkingskracht en de hydrodynamische weerstand. Op dat moment kunnen de deeltjes extreem langzaam naar binnen worden getrokken, waardoor lange polymeren, zoals DNA, met de juiste snelheid voor sequencing kunnen worden doorgevoerd.

“De huidige methode kan niet alleen een betere detectienauwkeurigheid van submicrometerobjecten, zoals virussen, mogelijk maken, maar biedt ook een methode voor eiwitstructuuranalyse”, zegt senior auteur Tomoji Kawai. Hoewel nanoporiën al zijn gebruikt om de identiteit van verschillende doelmoleculen te bepalen op basis van de gegenereerde stroom, kan de technologie die in dit project wordt gedemonstreerd het mogelijk maken om op deze manier een breder scala aan analyten te testen. Zo kunnen bijvoorbeeld ook kleine moleculen, zoals eiwitten en micro-RNA-segmenten die met een zeer gecontroleerde snelheid naar binnen moeten worden getrokken, worden gedetecteerd.

Het artikel, “Field effect control of translocation dynamics in surround-gate nanopores,” werd gepubliceerd in Communicatiemateriaal​