تقلید عملکرد کانال‌های یونی زیستی توسط غشاهای نیمه‌هادی

یک غشای نیمه‌هادی طراحی شده توسط محققان دانشگاه ایلینویز می‌تواند انعطاف‌پذیری
بهتری نسبت به غشاهای زیستی داشته و عملکرد الکتریکی بهتری از خود نشان دهد.
این غشای حالت جامد که از لایه‌های سیلیکونی آغشته به ناخالصی‌های مختلف
ساخته شده است، می‌تواند در کاربردهای مختلفی همچون تشخیص مولکول‌های منفرد،
فیلتر کردن پروتئین‌ها و توالی‌سنجی DNA به کار رود.

جان پیر لبرتون محقق اصلی این کار پژوهشی و استاد مهندسی برق و رایانه در
ایلینویز می‌گوید: «از طریق ایجاد نانوحفراتی روی غشاها می‌توانیم از آنها
برای جداسازی اجزای باردار یا تنظیم جریان مولکول‌ها یا یون‌های باردار
استفاده نموده و بدین ترتیب عملکرد کانال‌های یونی زیستی را تقلید نماییم».

این محققان یافته‌های خود را در مقاله‌ای در مجله Nano Letters منتشر کرده‌اند.

در مدل این محققان، ساختار غشای نانوحفره‌ای از دو لایه سیلیکونی هر یک به
ضخامت ۱۲ نانومتر با ناخالصی‌های مخالف هم (n و p) تشکیل شده است. پتانسیل
الکتروستاتیکی در سمت n مثبت و در سمت p منفی است.

این نانوحفره به شکل یک ساعت شنی می‌باشد که قطر مرکز آن ۱ نانومتر و قطر
دهانه‌های آن ۶ نانومتر است. اندازه نانوحفره را می‌توان از طریق تغییر
پتانسیل الکتروستاتیکی اطراف آن تغییر داد.

این نانوحفره و غشای حالت جامد علاوه بر عمل کردن به عنوان جایگزین کانال‌های
یونی زیستی، می‌توانند در کاربردهای دیگری همچون توالی‌سنجی DNA مورد
استفاده قرار بگیرند.

لبرتون می‌گوید: «استفاده از فناوری نیمه‌هادی برای توالی‌سنجی DNA موجب
صرفه‌جویی در هزینه و زمان خواهد شد. می‌توانیم از طریق تغییر در پتانسیل
غشا DNA را در طول نانوحفره بکشیم. چون هر جفت باز بار الکتریکی متفاوتی
دارد، می‌توانیم از این غشا به عنوان اتصال p-n برای تشخیص تغییر سیگنال
الکتریکی استفاده کنیم».