نانوحفره‌های کنترل شده از ورود ذرات جلوگیری می‌کنند

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، پژوهشگران نانوحفره‌های کنترل شده با ولتاژی را ایجاد کردند که می‌توانند ذرات را هنگام عبور از آن به دام بیندازند. دانشمندانی از موسسه تحقیقات علمی و صنعتی دانشگاه اوزاکا این نانوحفره‌ها را در دی‌اکسید سیلیکونی ساختند که فقط ۳۰۰ نانومتر قطر داشته و توسط الکترود احاطه شده است. این نانوحفره‌ها می‌توانند فقط با اعمال ولتاژ از ورود ذرات جلوگیری کنند که ممکن است بتوان از آن‌ها در تولید حسگر‌هایی استفاده کرد که قادرند غلظت‌های بسیار کمی از مولکول‌های هدف را تشخیص داده و همچنین فناوری توالی‌یابی DNA نسل بعدی را ایجاد کنند.

نانوحفره‌های مورد استفاده در این پروژه، روزنه‌های بسیار ریزی هستند که ابعاد آن‌ها در حدی است که فقط یک مولکول یا ذره از آن عبور می‌کند. حرکت نانوذرات از طریق این سوراخ‌ها معمولاً می‌تواند به‌عنوان یک سیگنال الکتریکی تشخیص داده شود که آن‌ها را به یک پلتفرم امیدوارکننده برای حسگر‌های تک ذره‌ای جدید تبدیل می‌کند.

با این حال، کنترل حرکت ذرات از میان این نانوحفره‌ها تاکنون یک چالش بزرگ برای محققان بوده است. دانشمندان دانشگاه اوزاکا از فناوری سیستم‌های نانوالکترومکانیکی یکپارچه برای تولید نانوحفره‌های حالت جامد، استفاده کردند، نانوحفره‌هایی که فقط ۳۰۰ نانومتر عرض داشته و با الکترود‌های دروازه‌ای از جنس پلاتین مدور دهانه‌ها حفره محاط شده‌ است.

این مهندسی موجب می‌شود که از عبور نانوذرات جلوگیری شود. این امر با انتخاب ولتاژ صحیحی که یون‌ها را در محیط تحت تاثیر قرار می‌دهد، انجام می‌شود. در واقع اعمال ولتاژ موجب می‌شود تا جریان متقابلی ایجاد شود که ورود نانوذره را مسدود کند.

ماکوسو تسوتسوی، نویسنده اول مقاله مربوط به این پروژه می‌گوید: «حرکات تک نانوذره را می‌توان از طریق ولتاژ وارد شده به الکترود دروازه اطراف، هنگامی که جریان الکترواسموتیک را از طریق پتانسیل الکتریکی سطح تنظیم کنیم، کنترل کرد.»

پس از اینکه ذره در دهانه نانوحفره به دام افتاد، می‌توان عدم تعادل نیروی ظریف بین جاذبه الکتروفورزی و کشش هیدرودینامیکی را ایجاد کرد. در آن لحظه، ذرات می‌توانند بسیار آهسته کشیده شوند که ممکن است اجازه دهد پلیمر‌های دراز مانند DNA با سرعت صحیح برای تعیین توالی از میان نانوحفره عبور کنند.

توموجی کاوای از محققان این پروژه می‌گوید: روش حاضر نه تنها می‌تواند دقت حسگری بهتری در ابعاد نانومتری را فراهم کند، بلکه روش تجزیه و تحلیل ساختاری پروتئین را نیز فراهم می‌کند. در حالی که از نانوحفره‌ها برای شناسایی مولکول‌های مختلف هدف براساس جریان تولید شده استفاده شده‌ است، فناوری توسعه یافته در این پروژه امکان آزمایش دامنه وسیع‌تری از آنالیز‌ها را فراهم می‌کند. به‌عنوان مثال، ممکن است مولکول‌های کوچکی مانند پروتئین‌ها و بخش‌های میکرو RNA که با سرعتی بسیار کنترل‌ شده جذب می‌شوند نیز شناسایی شوند.