Патент на недорогой метод улучшения создания твердотельных нанопор
Университет Южного Методиста (SMU) и Университет Род-Айленда запатентовали недорогой и простой метод создания твердотельных нанопор (SSN), который также позволяет самоочищать засорившиеся поры.
Метод, названный химически-настроенным контролируемым диэлектрическим пробоем (CT-CDB), решает две ключевые проблемы, которые мешали более широкому использованию твердотельных нанопор (слишком маленьких для человеческого глаза) в создании биосенсоров для измерения биологических и химических реакций образца.
Биосенсоры имеют широкое медицинское применение, обеспечивая быструю, раннюю и эффективную диагностику и мониторинг заболеваний.
Как работают SSN-устройства:
- Устройство состоит из крошечного отверстия (нанопоры) в мембране — тонком листе материала, разделяющем два резервуара с ионными растворами.
- При подаче электрического напряжения через мембрану возникает ионный ток, протекающий через нанопору.
- Для анализа вещества микроскопический образец пропускают через пору; каждый биомолекула регистрирует свой сигнал при прохождении из-за изменения электрического поля. Эти сигналы тока позволяют определить биологические и химические свойства вещества.
Проблемы существующего метода:
Быстрый и простой подход к созданию одиночной нанопоры — использование контролируемого диэлектрического пробоя (CDB) в наномасштабе. Однако у пор, созданных этим методом, есть две постоянные проблемы:
- Дрейф тока открытой поры: постепенные изменения базового тока, что влияет на точность измерений.
- Необратимое прилипание аналита: анализируемое вещество намертво прилипает к поре, вместо того чтобы пройти через неё.
Решение — метод CT-CDB:
Исследователи из SMU и Университета Род-Айленда разработали метод модификации CDB с помощью химической добавки — гипохлорита натрия (NaOCl) — при создании SSN на тонких мембранах из нитрида кремния.
Результаты:
- Добавление гипохлорита натрия привело к созданию нанопор, значительно менее склонных к засорению, чем традиционные.
- Полученные поры не имели дрейфа тока открытой поры.
- Эти преимущества сократили время простоя между экспериментами.
- Метод привел к кардинально иной химии поверхности нанопор, что значительно улучшило их производительность.
Изобретатели:
Соавторами изобретения CT-CDB являются Нуван Бандара и Буддини Каравдения (Университет штата Огайо), Джугал Сахария (Хьюстонский университет в Клир-Лейк) и Джейсон Дуайер (Университет Род-Айленда).