ساخت نانوحفره‌های مصنوعی و تجدیدپذیر

حسگری ضربان مقاومتی (Resistive pulse sensing) ، روش بسیار جذابی را برای تعیین کمیت و توصیف گونه‌های زیست‌پزشکی؛ نظیر داروها، DNA، پروتئین‌ها و ویروس‌ها در محلول ارائه می‌دهد. این روش، شامل اندازه‌گیری تغییرات ناشی از جریان یونی عبوری از غشایی است که حاوی یک روزنه در مقیاس نانومتر است و دو الکترولیت را از هم جدا می‌کند. با عبور نمونه‌های زیستی از مسیر روزنه، به‌دلیل مسدود شدن آنی منفذ نانومتری غشا در جریان یونی، ضربان‌های ناپایدار میرایی ایجاد می‌شود.

حسگری ضربان مقاومتی (Resistive pulse
sensing) ، روش بسیار جذابی را برای تعیین کمیت و توصیف گونه‌های زیست‌پزشکی؛
نظیر داروها، DNA، پروتئین‌ها و ویروس‌ها در محلول ارائه می‌دهد.

این روش، شامل اندازه‌گیری تغییرات ناشی از جریان یونی عبوری از غشایی است
که حاوی یک روزنه در مقیاس نانومتر است و دو الکترولیت را از هم جدا می‌کند.
با عبور نمونه‌های زیستی از مسیر روزنه، به‌دلیل مسدود شدن آنی منفذ
نانومتری غشا در جریان یونی، ضربان‌های ناپایدار میرایی ایجاد می‌شود.

فرکانس این ضربان‌ها حاوی اطلاعاتی است که به تعیین غلظت و توصیف نمونه
تجزیه‌ای کمک می‌کند. یک نانوحفره زیستی همولیزینα- که با یک غشای
دولایه لیپیدی محافظت می‌شود به‌خوبی برای تشخیص نمونه‌های تجزیه‌ای
گوناگون استفاده شده‌است؛ با این حال، اشکال اصلی این سیستم، فقدان استحکام
مکانیکی آن است، در حقیقت این غشاهای زیستی پس از گذشت چند ساعت پاره شده،
مانع از به‌کارگیری آنها در ابزارهای حسگری عملی می‌شود.

هم‌اکنون، گروهی از پژوهشگران دانشگاه فلوریدا در حال برطرف کردن این مانع
بزرگ هستند که به ساخت غشاهای نانوحفره‌ای منفرد سنتزی و تجدیدپذیر کمک
خواهد کرد. این نانوحفره‌ها از طریق روش حکاکی شیاری تهیه می‌شوند؛ در این
روش، یک ذره با انرژی بالا از درون یک غشای پلیمری سنتزی عبور داده می‌شود
تا یک اثر تخریبی به جا بگذارد، سپس بطور شیمیایی حکاکی شده تا به یک حفره
نانومتری تبدیل شود. چالش اصلی، کنترل و قابلیت تجدیدپذیری قطر روزنه حاصل
است.

Charles R. Martin و همکارانش یک روش حکاکی دومرحله‌ای برای ساخت منافذ
مخروطی تجدیدپذیر در غشاهای پلیمری ابداع کردند که قابلیت پیش‌بینی کنترل
قطر منافذ را دارد.

این منافذ مخروطی بر روی دو وجه مقابل غشایی است که دو دریچه دارد: یکی بر
روی قاعده مخروط با قطر بزرگ و دیگری بر نوک مخروط با قطر کوچک.

بیشتر عمل حسگری در منفذ نوک مخروط اتفاق می‌افتد؛ زیرا نمونه‌های تجزیه‌ای
زیستی، ضمن حرکت از درون غشا، نوک منفذ را مسدود می‌کنند و به این دلیل
کنترل قطر نوک این روزنه‌ها امری ضروری است.

پژوهشگران از اولین مرحله حکاکی برای تعیین قاعده و نوک روزنه‌های مخروطی
در غشا استفاده می‌کنند و پس از آن در حالی‌که پیوسته جریان یونی را ثبت می‌کنند،
مرحله دوم را به کار می‌برند و فرایند حکاکی را وقتی که جریان یونی عبوری
از غشا به یک مقدار معین برسد، متوقف می‌کنند. این روش، امکان ساخت قابل
اطمینان و پیش‌بینی حفره‌های مخروطی با منافذی در حدود ده تا ۶۰ نانومتر را
فراهم می‌کند که روش مناسبی برای تشخیص نمونه‌های زیستی می‌باشد.

Martin و همکارانش اهمیت عمده این غشاها را با تشخیص یک نمونه
پروتئینی(آلبومین سرم گاوی) با استفاده از حسگرهایی با منافذی در مقیاس
نانو تشریح کردند. مارتین تأکید می‌کند که ساختن نانوحفره‌های مصنوعی
تجدیدپذیر برای توسعه حسگرهای مقاوم در برابر ضربه، حیاتی است.