Полупроводниковая мембрана имитирует поведение биологических ионных каналов

Полупроводниковая мембрана, разработанная исследователями из Университета Иллинойса, может предложить большую гибкость и лучшие электрические характеристики по сравнению с биологическими мембранами. Созданная из тонких слоев кремния, легированных различными примесями, твердотельная мембрана также может использоваться в таких приложениях, как детектирование одиночных молекул, фильтрация белков и секвенирование ДНК.

«Создавая нанопоры в мембране, мы можем использовать ее для разделения заряженных частиц или регулирования потока заряженных молекул и ионов, имитируя таким образом работу биологических ионных каналов», — сказал ведущий исследователь Жан-Пьер Лебуртон.

Исследователи смоделировали работу полупроводниковой мембраны при различных электростатических потенциалах. Результаты опубликованы в журнале Nano Letters.

В модели структура мембраны с нанопорой состоит из двух слоев кремния толщиной 12 нанометров каждый с противоположным (n- и p-) легированием. Электростатический потенциал положителен на n-стороне и отрицателен на p-стороне мембраны.

Нанопора имеет форму песочных часов с горловиной диаметром 1 нанометр и отверстиями по 6 нанометров в диаметре с каждой стороны мембраны. «Размер» нанопоры можно изменять, меняя электростатический потенциал вокруг нее.

Контролируя поток ионов, искусственная нанопора предлагает степень настраиваемости, не свойственную биологическим ионным каналам.

Помимо замены биологических ионных каналов, твердотельная нанопора и мембрана могут использоваться для секвенирования ДНК.

«Использование полупроводниковых технологий для секвенирования молекулы ДНК сэкономит время и деньги, — сказал Лебуртон. — Подавая напряжение на мембрану, мы можем протягивать ДНК через нанопору. Поскольку каждая пара оснований несет разный электрический заряд, мы можем использовать мембрану как p-n переход для детектирования изменяющегося электрического сигнала».