A platform for high-bandwidth nanopore sensing with thermal control and low electrical noise

纳米孔 材料科学 温度控制 纳米传感器 流体学 纳米技术 光电子学 噪音(视频) 电阻率和电导率 带宽(计算) 计算机科学 电气工程 机械工程 工程类 人工智能 图像(数学) 计算机网络
作者
Dmytro Lomovtsev,Liqun He,Matthew Waugh,Raphaël St-Gelais,Vincent Tabard‐Cossa
出处
期刊:Review of Scientific Instruments [American Institute of Physics]
卷期号:96 (8)
标识
DOI:10.1063/5.0252569
摘要

We present an instrument capable of performing high-bandwidth (1 MHz) solid-state nanopore measurements in a temperature-controlled environment ranging from ambient to 95 °C while maintaining low electrical noise. In previous systems, the ability to control the temperature of the analyte solution during nanopore sensing has come at the expense of significantly greater electrical noise. As a consequence, increased filtering requirements or, equivalently, reduced bandwidths ultimately decrease the utility of such instruments for biosensing applications. Here, we describe in detail the system we have developed that overcomes these difficulties. In particular, we are able to precisely control the temperature of the solution in which a nanopore sensor is immersed by using a closed-loop fluidics system. The ultra-low electrical conductivity heat transfer fluid is used to bring heat from outside of the Faraday cage to the nanopore sensor within the cage, resulting in minimal electrical noise during high-bandwidth measurements while maintaining localized temperature control. As proof-of-concept, we characterize silicon nitride nanopore stability over time at elevated temperatures using electrical measurements and present single-molecule data showing the impact of temperature on capture rate, dwell time, and blockage depth. This tool can unlock the ability to perform a wide range of temperature-sensitive biophysical experiments with solid-state nanopores.

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