Forskare från Institutet för vetenskaplig och industriell forskning vid Osaka University tillverkade nanoporer i kiseldioxid, som bara var 300 nm, i diameter omgiven av elektroder. Dessa nanoporer kan hindra partiklar från att komma in bara genom att applicera en spänning, som kan möjliggöra utvecklingen av sensorer som kan detektera mycket små koncentrationer av målmolekyler, samt nästa generations DNA-sekvenseringsteknologi.

Nanoporer är små hål som är tillräckligt breda för att bara en enda molekyl eller partikel ska kunna passera. Nanopartiklars rörelse genom dessa hål kan vanligtvis detekteras som en elektrisk signal, vilket gör dem till en lovande plattform för nya enpartikelsensorer. Dock, kontroll av partiklarnas rörelse har hittills varit en utmaning.

Forskare vid Osaka University använde integrerad nanoelektromekanisk systemteknik för att producera nanoporer i fast tillstånd, endast 300 nm bred, med cirkulära platina gate-elektroder som omger öppningarna som kan hindra nanopartiklar från att passera igenom. Detta uppnås genom att välja rätt spänning som drar joner i lösningen för att skapa ett motverkande flöde som blockerar inträdet av nanopartikeln.

"Enstaka nanopartikelrörelser kan styras via spänningen som appliceras på den omgivande grindelektroden, när vi finjusterade det elektroosmotiska flödet via ytans elektriska potential, " säger första författaren Makusu Tsutsui. Efter att partikeln har fångats vid nanoporeöppningen, en subtil kraftobalans mellan den elektroforetiska attraktionen och det hydrodynamiska motståndet kan då skapas. Vid den tiden, partiklarna kan dras in extremt långsamt, som kan tillåta långa polymerer, som DNA, ska träs igenom med rätt hastighet för sekvensering.

"Den nuvarande metoden kan inte bara möjliggöra bättre avkänningsnoggrannhet för submikrometerobjekt, som virus, men tillhandahåller också en metod för proteinstrukturanalys, ", säger seniorförfattaren Tomoji Kawai. Medan nanoporer redan har använts för att bestämma identiteten för olika målmolekyler baserat på den genererade strömmen, tekniken som demonstreras i detta projekt kan göra det möjligt att testa ett större utbud av analyter på detta sätt. Till exempel, små molekyler, såsom proteiner och mikro-RNA-segment som måste dras in med en mycket kontrollerad hastighet, kan också upptäckas.

Artikeln, "Fälteffektkontroll av translokationsdynamik i surround-gate nanoporer, " publicerades i Kommunikationsmaterial .