Сенсор, который помнит, что через него прошло
Исследователи из SANKEN при Университете Осаки создали автономную твердотельную нанопору, которая не только обнаруживает молекулы, но и запоминает их. Устройство описано в статье, опубликованной в журнале ACS Nano. Нанопора размером в несколько миллиардных долей метра генерирует электрические сигналы самостоятельно, без внешнего контроля. Эту информацию сообщает сайт Phys.org.
Обычные нанопоры — пассивные каналы, которые фиксируют изменения тока при прохождении молекул. Новая нанопора устроена иначе: при постоянном напряжении внутри поры химические реакции постоянно создают и растворяют минеральные отложения, из-за чего устройство само открывается и закрывается. Этот цикл порождает серии электрических сигналов, не требующих внешнего переключения.
Так как отверстие постоянно меняется, разные молекулы оставляют уникальные электрические сигналы. По словам ведущего автора Макусу Цуцуи, нуклеотиды и аминокислоты, проходя через пору, влияют на химические реакции и изменяют характер импульсов. Каждый сигнал зависит и от недавней памяти устройства, поэтому датчик ведет себя как запоминающий химически активный сенсор.
С помощью машинного обучения исследователи различили все четыре ДНК-нуклеотида и успешно проанализировали смеси, содержащие несколько нуклеотидов. Подход также позволил идентифицировать семь различных аминокислот — при этом управлять нанопорой во время измерения не требовалось.
По словам руководителя работы Томодзи Каваи, такой дизайн меняет принцип создания нанопор: вместо пассивных каналов они активно реагируют на химическое окружение. Это улучшает молекулярный анализ для биомедицинских исследований и диагностики, а также может найти применение в ионтронике — технологиях, обрабатывающих информацию ионами вместо электронов.
