DNA Translocation in Nanometer Thick Silicon Nanopores

纳米孔 材料科学 电导 纳米技术 分子 离子键合 纳米 化学物理 离子 光电子学 化学 复合材料 物理 凝聚态物理 生物化学 有机化学
作者
Julio A. Rodríguez‐Manzo,Matthew Puster,Adrien Nicolaı̈,Vincent Meunier,Marija Drndić
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:9 (6): 6555-6564 被引量:95
标识
DOI:10.1021/acsnano.5b02531
摘要

Solid-state nanopores are single-molecule sensors that detect changes in ionic conductance (ΔG) when individual molecules pass through them. Producing high signal-to-noise ratio for the measurement of molecular structure in applications such as DNA sequencing requires low noise and large ΔG. The latter is achieved by reducing the nanopore diameter and membrane thickness. While the minimum diameter is limited by the molecule size, the membrane thickness is constrained by material properties. We use molecular dynamics simulations to determine the theoretical thickness limit of amorphous Si membranes to be ∼1 nm, and we designed an electron-irradiation-based thinning method to reach that limit and drill nanopores in the thinned regions. Double-stranded DNA translocations through these nanopores (down to 1.4 nm in thickness and 2.5 nm in diameter) provide the intrinsic ionic conductance detection limit in Si-based nanopores. In this regime, where the access resistance is comparable to the nanopore resistance, we observe the appearance of two conductance levels during molecule translocation. Considering the overall performance of Si-based nanopores, our work highlights their potential as a leading material for sequencing applications.

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