Ученые создали термометр для измерения температур в нанопорах

Тепловые эффекты ионного потока через нанопору с помощью термопары удалось измерить исследователям Институт научных и промышленных исследований SANKEN университета Осаки, 11 февраля сообщает Phys.org.

Нанопоры, сделанные в мембране, настолько малы, что через них может пройти только одна нить ДНК или вирусная частица. Они являются перспективными для создания датчиков. Частица, которую предстоит анализировать, протягивается через пору при приложении электрического напряжения между двумя сторонами мембраны.

Ученые обнаружили, что в большинстве условий, как ток, так и мощность нагрева мембраны изменялись в зависимости от приложенного напряжения, как предсказано законом Ома.

В то же время заряженные ионы, находящиеся в растворе, могут транспортироваться через поры, но их влияние на температуру не было тщательно изучено. Прямое измерение тепловых эффектов, вызываемых этими ионами, может помочь сделать нанопоры более практичными в качестве датчиков.

Ученые создали термопару из золотых и платиновых нанопроводов с точкой контакта размером 100 нм, которая исполняет роль термометра. Затем они применили его для измерения температуры непосредственно рядом с нанопорой, вырезанной в пленке толщиной 40 нм, подвешенной на кремниевой пластине.

Было обнаружено, что тепловая энергия рассеивается пропорционально импульсу ионного потока. При изучении нанопоры размером 300 нм исследователи зарегистрировали ионный ток физиологического раствора с фосфатным буфером в зависимости от приложенного напряжения.

«Мы ожидаем разработки новых нанопористых датчиков, которые смогут не только идентифицировать вирусы, но и одновременно деактивировать их», — говорит старший автор Томодзи Каваи.

Исследователи предложили другие ситуации, в которых нагревание может быть полезным — например, для предотвращения засорения нанопоры полимером или для разделения секвенируемых нитей ДНК.

Эта работа может привести к созданию более совершенных наноразмерных датчиков.