Nanogate利用电压控制分子通过微孔

大阪大学研究人员领导的一项合作开发了一种可以通过通电打开或关闭的纳米门。纳米栅极根据栅极两侧溶液中的材料和施加的电压显示出各种行为，这使其对包括传感和受控化学反应在内的不同应用具有吸引力

该研究已发表在《自然通讯》上

纳米栅极由氮化硅膜中形成的单个微孔组成。将膜放置在芯片上形成的流动池中，并在膜的两侧引入溶液

研究人员通过芯片上的电极向流动池施加电压，并测量了由此产生的离子电流，该电流反映了离子通过孔的传输。离子电流对膜两侧溶液中的离子敏感；因此，可以精确控制离子的流动以及由此导致的金属化合物在孔中的沉淀或溶解

沉淀（关闭纳米门）或溶解（打开纳米门）导致的孔径变化导致了不同类型的离子传输

该研究的主要作者Makusu Tsutsui说：“在负电压下，沉淀物生长并封闭了孔隙，降低了离子电流。”。“反转电压极性会导致沉淀物溶解，重新打开孔隙。”

在某些条件下，堵塞孔隙的沉淀物的形成会导致最高的整流比，这是迄今为止纳米流体装置实现的离子仅沿一个方向行进的倾向的衡量标准

除了充当整流器外，该系统还可以充当忆阻器；即在电流和电压之间的关系中观察到记忆效应。材料在孔隙中的顺序沉淀和溶解导致了这种忆阻行为

此外，可以调节孔内反应以允许生物分子检测。这是用DNA证明的。当单个DNA分子在孔中移动时，该系统表现出不同的输出信号

在纳米流体电化学设备中使用具有单个受控孔的膜是一种通用的方法，可以针对特定应用进行定制，包括传感、化学反应和神经形态计算 More information: Transmembrane voltage-gated nanopores controlled by electrically tunable in-pore chemistry, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-56052-0

Journal information: Nature Communications