Two Detection Modes of Nanoslit Sensing Based on Planar Heterostructure of Graphene/Hexagonal Boron Nitride

纳米孔 材料科学 石墨烯 异质结 平面的 纳米技术 DNA折纸 离子键合 光电子学 纳米结构 离子 化学 计算机图形学(图像) 有机化学 计算机科学
作者
Changxiong Huang,Zhen Li,Xiaohong Zhu,Xinyao Ma,Na Li,Jun Fan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (4): 3301-3312 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c05002
摘要

Solid-state nanopore sequencing is now confronted with problems of stochastic pore clogging and too fast speed during the DNA permeation through a nanopore, although this technique is revolutionary with long readability and high efficiency. These two problems are related to controlling molecular transportation during sequencing. To control the DNA motion and identify the four bases, we propose nanoslit sensing based on the planar heterostructure of two-dimensional graphene and hexagonal boron nitride. Molecular dynamics simulations are performed on investigating the motion of DNA molecules on the heterostructure with a nanoslit sensor. Results show that the DNA molecules are confined within the hexagonal boron nitride (HBN) domain of the heterostructure. And the confinement effects of the heterostructure can be optimized by tailoring the stripe length. Besides, there are two ways of DNA permeation through nanoslits: the DNA can cross or translocate the nanoslit under applied voltages along the y and z directions. The two detection modes are named cross-slit and trans-slit, respectively. In both modes, the ionic current drops can be observed when the nanoslit is occupied by the DNA. And the ionic currents and dwell times can be simultaneously detected to identify the four different DNA bases. This study can shed light on the sensing mechanism based on the nanoslit sensor of a planar heterostructure and provide theoretical guidance on designing devices controlling molecular transportation during nanopore sequencing.

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