液固界面上的单分子纳米孔传感

由 root 提交于 周三, 10/28/2026 - 02:47

内容形式:摘要译文

单分子纳米孔传感通常依赖分子在两个液态电解质腔室之间穿过纳米孔进行易位。在此,我们对这一假设提出挑战,并证明分子能够以单分子分辨率穿过固态纳米孔,从液体进入固体。这得益于一种专门配制的固态聚合物电解质(固态 PE),其可直接替代传统的液态反式腔室。我们对固态 PE 进行了全面的物理化学表征,发现该材料具有吸湿性和半结晶特性,在固态下机械稳定且具备离子导电性。这些性质使固态纳米孔能够在反式腔室为固体的条件下运行,并实现对多种生物分子的检测,包括双链 DNA、DNA 纳米结构和核糖体。与传统的 0.1 M KCl 反式腔室相比,固态 PE 通过同时增大事件幅值和驻留时间,显著提升了纳米孔的灵敏度,从而产生更明显的单分子易位信号和更高的事件发生率。对纳米孔–固态 PE 系统的有限元模拟表明,可能存在一个纳米尺度的液–固界面区域,能够支持离子传导以及单分子从纳米孔向固态 PE 的输运。此外,嵌入固态 PE 中的纳米孔在环境条件下储存至少 40 周后,仍保持单分子传感性能。进一步地,新制备的纳米孔只需与预制的固态电解质接触即可运行,这展示了一种可即用的传感形式,所需液体操作极少。我们的研究结果确立了单分子……

纳米孔传感可利用固态离子导体实现,从而为纳米孔技术开辟了超越传统液态电解质的新方向,并使传感平台更加稳健、便携且易于制造。

关键词:固态聚合物电解质 · 纳米孔传感 · 单分子检测 · 液固界面 · 生物分子易位

原文链接:https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.24.752301v1?rss=1