En el nivel más simple, Los nanoporos son orificios (del tamaño de un nanómetro) en una membrana aislante. El orificio permite que los iones pasen a través de la membrana cuando se aplica un voltaje, resultando en una corriente medible. Cuando una molécula pasa a través de un nanoporo, provoca un cambio en la corriente, esto se puede utilizar para caracterizar e incluso identificar moléculas individuales. Los nanoporos son dispositivos biosensores de molécula única extremadamente potentes y se pueden utilizar para detectar y secuenciar el ADN, ARN, e incluso proteínas. Recientemente, se ha utilizado en la secuenciación del virus SARS-CoV-2.

Los nanoporos de estado sólido son un tipo de nanoporo extremadamente versátil formado en membranas ultrafinas (menos de 50 nanómetros), hecho de materiales como el nitruro de silicio (SiN _X ). Los nanoporos de estado sólido se pueden crear con una variedad de diámetros y pueden soportar una multitud de condiciones. Una de las técnicas más atractivas para fabricar nanoporos es Controlled Breakdown (CBD). Esta técnica es rápida, reduce los costos de fabricación, no requiere equipo especializado, y se puede automatizar.

El CBD es una técnica en la que se aplica un campo eléctrico a través de la membrana para inducir una corriente. En algún momento, se observa un pico en la corriente, lo que significa la formación de poros. Luego, el voltaje se reduce rápidamente para garantizar la fabricación de un solo, pequeño nanoporo.

Los mecanismos subyacentes a este proceso no se han aclarado por completo, por lo que un equipo internacional que involucra a ITQB NOVA decidió investigar más a fondo cómo se produce la conducción eléctrica a través de la membrana durante la ruptura. a saber, cómo las reacciones de oxidación y reducción (también llamadas reacciones redox, implican pérdida o ganancia de electrones, respectivamente) influyen en el proceso. Para hacer esto, El equipo creó tres dispositivos en los que el campo eléctrico se aplica a la membrana (un SiN rico en silicio _X membrana) de diferentes formas:a través de electrodos metálicos en ambos lados de la membrana; a través de soluciones de electrolitos en ambos lados de la membrana; y mediante un dispositivo mixto con un electrodo metálico en un lado y una solución de electrolito en el otro.

Los resultados mostraron que las reacciones redox deben ocurrir en la interfaz membrana-electrolito, mientras que los electrodos metálicos evitan esta necesidad. El equipo también demostró que, debido a este fenómeno, La fabricación de nanoporos podría localizarse en ciertas regiones realizando CBD con microelectrodos metálicos en la superficie de la membrana. Finalmente, variando el contenido de silicio en la membrana, Los investigadores demostraron que la conducción y la formación de nanoporos dependen en gran medida del material de la membrana, ya que limita la corriente eléctrica en la membrana.

"Controlar la ubicación de los nanoporos nos ha interesado desde hace varios años", dice James Yates. Pedro Sousa añade que "nuestros hallazgos sugieren que el CBD se puede utilizar para integrar poros con micro o nanoestructuras complementarias, como electrodos de efecto túnel o sensores de efecto de campo, a través de una gama de diferentes materiales de membrana ". Estos dispositivos se pueden utilizar para la detección de moléculas específicas, como las proteínas, ADN o anticuerpos, y aplicado a una amplia gama de escenarios, incluida la vigilancia de pandemias o la seguridad alimentaria.

La investigación fue publicada en la revista Pequeña .