专利可能是改善固态纳米孔形成的廉价方法

SMU和罗德岛大学已经为一种廉价、易于使用的方法申请了专利，该方法可以创建固态纳米孔（SSN），同时也可以自我清洁堵塞的纳米孔

这项名为化学调谐受控介电击穿（CT-CDB）的技术解决了两个关键问题，这两个问题使固态纳米孔（人眼看不见）无法更频繁地用于构建可以测量给定样品的生物和化学反应的生物传感器

生物传感器具有广泛的医学应用，能够实现快速、早期和有效的疾病诊断和监测。

“我们使用这种技术生产的纳米孔大大超过了与固态纳米孔（SSN）相关的传统缺陷，”专利持有人之一、SMU莱尔工程学院Robert C.Womack主席兼BAST实验室首席研究员MinJun Kim说。

SSN是生物传感的理想选择，因为与现有技术相比，它们的制造成本更低，并且可以实时分析小样本。此外，人工制造的SSN比我们体内天然存在的纳米孔更坚固，更容易在纳米设备中使用

SSN器件由一个小孔或纳米孔组成，即所谓的膜，这是一种在两个充满离子溶液的储层之间形成屏障的薄片材料

当在膜上施加电压时，离子电流流过纳米孔

为了了解更多关于特定物质的信息，研究人员将微小的样本通过孔隙进入其中一个储层；由于电场的变化，每个生物分子在通过纳米孔时都会记录自己的信号。这些电流信号使我们能够分辨出这种物质的生物和化学性质

金说：“制造单个纳米孔的一种快速而简单的方法是在纳米级使用可控介电击穿（CDB）。”

当电绝缘材料（电介质）在承受高电压后突然成为导体，允许电流流过时，就会发生电介质击穿。CDB依靠在绝缘膜上施加电压来产生高电场，同时监测感应泄漏电流

感应的漏电流归因于电子通过陷阱的隧穿，或膜上存在的固有缺陷。经过一段时间后，电荷陷阱积累，最终发生膜的介电击穿，形成单个纳米孔

但用这种方法制造的孔有两个一致的问题：开孔电流漂移和不可逆的分析物粘附

开孔电流漂移是指当纳米孔未被阻挡时，流过纳米孔的基线电流的逐渐变化或波动。这些漂移会影响使用固态纳米孔进行测量的准确性和可靠性

不可逆的分析物粘附是指被测量或分析的物质——分析物——与纳米孔永久结合，而不是穿过纳米孔。

这两个问题都会干扰研究人员从纳米孔获得长期、一致测量的能力

为了克服这些障碍，SMU和罗德岛大学的研究人员开发了一种方法，在开发具有薄氮化硅膜的SSN时，用一种名为次氯酸钠或NaOCl的化学添加剂修饰CDB

研究人员发现，添加次氯酸钠产生的纳米孔比传统制造的纳米孔明显不容易堵塞，也会导致孔在开孔电流中没有漂移。这些好处减少了实验之间的停机时间

金说：“这导致了纳米孔表面化学性质的显著不同，从而显著提高了它们的性能。”

Kim因其对纳米和微生物学的发展及其在纳米医学中的广泛应用所做的贡献而闻名于世。例如，他开发了一种设备，有朝一日可以向肿瘤输送药物，清除堵塞的动脉，并帮助医生了解身体最难到达的空间内发生了什么

CT-CDB的共同发明人是俄亥俄州立大学化学和生物化学系的助理教授Nuwan Bandara和Buddini Karawdeniya；Jugal Saharia，休斯顿大学Clear Lake工程系机械工程助理教授；以及罗德岛大学的化学教授Jason Dwyer

Bandara和Karawdeniya是在BAST实验室工作的前SMU博士后研究人员，而Saharia是Kim的前博士生