Нанопоры нагреваются при прохождении через них ионов

15.02.2022

Японские ученые из Института научных и промышленных исследований (SANKEN) Университета Осаки обнаружили, что нанопоры нагреваются при прохождении ионного потока через них. Это явление объясняется законом Ома и может быть полезным при секвенировании ДНК, а также представляет перспективы для использования нанопор в биосенсорах.

Нанопоры - это небольшие отверстия в мембране. Их размер настолько мал, что сквозь одну пору может пройти только одна из цепочек ДНК или частица вируса. Сейчас нанопоры изучаются для применения в сенсорах. Обычно, чтобы вещество прошло через нанопору, прикладывается электрическое напряжение. Тогда через пору могут пройти ионы, содержащиеся в растворе. Однако известно, что электрическая энергия переводится в тепловую посредством сопротивления. Это закон Джоуля-Ленца. Такое явление ранее не изучалось в нанопорах.

Японские исследователи изучили, как применение электрического напряжения влияет на нагрев нанопоры. Они использовали термопару (температурный датчик, который передает зависящее от температуры напряжение электрического тока) из золотого и платинового нанокристаллов. Точка их контакта составляла лишь 100 нм. С помощью термопары ученые измеряли температуру рядом с нанопорой диаметром 300 нм, вырезанной в пленке толщиной 40 нм на кремниевой пластине. Ученые пропускали через нанопору фосфатный буферный раствор и измеряли ионный ток в зависимости от приложенного напряжения. Оказалось, что тепло, которое выделялось рядом с нанопорой, было пропорционально скорости ионного тока. Это согласуется с классическим законом Ома.

Ученые выяснили, что при уменьшении размера нанопоры тепловой эффект становился более выраженным. Это происходит из-за того, что через пору проходит меньше охлажденной жидкости и не получается уравновесить температуру. В результате этого выделением тепла нельзя пренебречь, так как оно повышает температуру на несколько градусов.

Исследователи считают, что этот эффект может быть использован в дальнейшем. Например, новые сенсоры на основе нанопор могли бы не только обнаруживать вирусы, но и инактивировать их. Кроме того, благодаря нагреву нанопоры не будут забиваться полимерами. Также тепловой эффект может помочь отделять цепочки молекулы ДНК при их секвенировании.

<< Назад: Прямая литография оптических систем на основе перовскита 16.02.2022

>> Вперед: Искусственные мускулы из натуральных белков 15.02.2022

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Древний лед Антарктики 01.01.2026

Изучение древних ледниковых слоев - один из самых надежных способов понять, как формировался климат Земли и как он может изменяться в будущем. Недавнее открытие международной группы исследователей в Антарктике дает уникальную возможность заглянуть на миллионы лет назад и получить ценную информацию о атмосфере нашей планеты. В районе Аллан-Хиллс ученые пробурили керны древнего льда и обнаружили слои, возраст которых оценивается примерно в 6 миллионов лет. Это старейший лед, когда-либо найденный на Земле и датированный напрямую, что делает находку беспрецедентной в истории климатологии. Особое значение имеют крошечные пузырьки воздуха, запечатленные в ледяных кристаллах. Они служат настоящими "капсулами времени", сохраняя состав атмосферы прошлого. Анализ этих пузырьков позволяет восстановить климатические условия древней Земли, когда средние температуры были выше современных, а уровень океанов значительно выше нынешнего. Древние ледяные керны можно рассматривать как подробные х ...>>

Нано-уровень управления светом 31.12.2025

Современная нанофотоника стремится превратить свет в инструмент точного управления на микроскопическом уровне. Недавние исследования международной команды ученых открывают новые возможности в этой области, позволяя манипулировать светоматериальными волнами на наноуровне с беспрецедентной точностью. Такие достижения могут стать ключом к созданию сверхбыстрых коммуникационных систем и высокочувствительных сенсоров. В центре внимания исследователей оказались гиперболические фонон-поляритоны - особый тип волн, возникающих при взаимодействии света с колебаниями вещества. Эти волны способны концентрировать свет в пространственных масштабах, значительно меньших длины его волны, что позволяет создавать устройства с высокой плотностью интеграции и повышенной функциональностью. Работа велась совместно учеными из Шанхайского транспортного университета, Национального центра нанонауки и технологий Китая, а также коллегами из Испании. Они предложили двухэтапную схему возбуждения волн: сначала ...>>

Случайная новость из Архива Гибридная лампочка 04.01.2012 У распространенных сейчас энергосберегающих ламп есть существенный недостаток: они разгораются при включении не сразу, так как сначала должна нагреться и перейти в парообразное состояние ртуть, содержащаяся в лампе. Американская фирма "Дженерал электрик" начала выпуск лампочек, в которые встроена миниатюрная галогенная лампа накаливания. Она загорается сразу, а как только разгорится основная лампа, вспомогательная гаснет. Пока гибридные лампочки выпускаются только двух мощностей - 15 и 20 ватт.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025