På de enklaste nivåerna, nanoporer är (nanometerstora) hål i ett isolerande membran. Hålet tillåter joner att passera genom membranet när en spänning appliceras, vilket resulterar i en mätbar ström. När en molekyl passerar genom en nanopor orsakar den en förändring i strömmen, detta kan användas för att karakterisera och till och med identifiera enskilda molekyler. Nanoporer är extremt kraftfulla enmolekylära biosensorer och kan användas för att upptäcka och sekvensera DNA, RNA, och även proteiner. Nyligen, det har använts i SARS-CoV-2-virussekvenseringen.

Nanoporer i fast tillstånd är en extremt mångsidig typ av nanopor som bildas i ultratunna membran (mindre än 50 nanometer), tillverkad av material som kiselnitrid (SiN _x ). Nanoporer i fast tillstånd kan skapas med en mängd olika diametrar och tål en mängd olika förhållanden. En av de mest tilltalande teknikerna för att tillverka nanoporer är Controlled Breakdown (CBD). Denna teknik är snabb, minskar tillverkningskostnaderna, kräver ingen specialutrustning, och kan automatiseras.

CBD är en teknik där ett elektriskt fält appliceras över membranet för att inducera en ström. Vid något tillfälle, en topp i strömmen observeras, betecknar porbildning. Spänningen reduceras sedan snabbt för att säkerställa tillverkningen av en singel, liten nanopor.

Mekanismerna bakom denna process har inte helt klarlagts, så ett internationellt team som involverade ITQB NOVA beslutade sig för att ytterligare undersöka hur elektrisk ledning genom membranet uppstår under nedbrytning, nämligen hur oxidations- och reduktionsreaktioner (även kallade redoxreaktioner, de innebär elektronförlust eller förstärkning, respektive) påverka processen. Att göra detta, teamet skapade tre enheter där det elektriska fältet appliceras på membranet (ett kiselrikt SiN _x membran) på olika sätt:via metallelektroder på båda sidor av membranet; via elektrolytlösningar på båda sidor av membranet; och via en blandad anordning med en metallelektrod på ena sidan och en elektrolytlösning på den andra.

Resultaten visade att redoxreaktioner måste inträffa vid membran-elektrolytgränsytan, medan metallelektroderna kringgår detta behov. Teamet visade också att på grund av detta fenomen, nanoportillverkning kunde lokaliseras till vissa regioner genom att utföra CBD med metallmikroelektroder på membranytan. Till sist, genom att variera innehållet av kisel i membranet, utredarna visade att ledning och nanoporbildning är starkt beroende av membranmaterialet eftersom det begränsar den elektriska strömmen i membranet.

"Att kontrollera platsen för nanoporer har varit intressant för oss i ett antal år", säger James Yates. Pedro Sousa tillägger att "våra resultat tyder på att CBD kan användas för att integrera porer med komplementära mikro- eller nanostrukturer, såsom tunnelelektroder eller fälteffektsensorer, över en rad olika membranmaterial."  Dessa enheter kan sedan användas för att detektera specifika molekyler, som proteiner, DNA, eller antikroppar, och tillämpas på ett brett spektrum av scenarier, inklusive pandemiövervakning eller livsmedelssäkerhet.

Forskningen publicerades i tidskriften Små .