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科学家使用微型“温度计”测量离子通过纳米孔的温度变化

时间:2022-02-12 14:03:52   来源:网络  

  大阪大学的研究人员使用微型“温度计”直接监测离子通过纳米孔时的温度变化,这可能会导致更有效的DNA测序技术。大阪大学Sanken科学与工业研究所的科学家使用热电偶来测量离子流过纳米孔的热效应。他们发现,在大多数情况下,正如欧姆定律所预测的那样,电流和加热功率随外加电压而变化。这项工作可能会带来更先进的纳米级传感器
  纳米孔是膜上的微小开口,非常小,只有一条DNA链或病毒颗粒可以通过。他们是一个令人兴奋的新平台,用于构建传感器。通常,在膜的两侧施加电压,以吸引待分析物质通过纳米孔。同时,溶液中的带电离子可以被传输,但它们对温度的影响尚未得到广泛研究。直接测量这些离子引起的热效应有助于使纳米孔作为传感器更加实用
  现在,大阪大学的一个研究团队已经发明了由金和铂纳米线制成的热电偶。它的接触点只有100纳米大小,可以用作温度计。它用于直接测量悬浮在硅片上的40 nm厚薄膜上切割的纳米孔旁边的温度
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  当电能通过导线中的电阻转化为热量时,会发生焦耳加热。这种效应发生在烤面包机和电烤箱中,可以认为是电子和电线碰撞引起的非弹性散射。在纳米孔的情况下,科学家发现热能的耗散与离子流的动量成正比,这与欧姆定律的预测一致。在研究一个300纳米孔时,研究人员记录了磷酸盐缓冲盐水的离子电流与外加电压的函数关系。“我们在广泛的实验条件下证明了近欧姆行为,”研究主要作者makusu Tsutsui说。对于较小的纳米孔,加热效应变得更加明显,因为来自较冷一侧的液体可以通过以平衡温度。因此,供暖可能会产生不可忽视的影响。在标准操作条件下,纳米孔的温度将上升几度。“我们希望开发新的纳米孔传感器,不仅能识别病毒,同时还能使病毒失活,”资深作者川井友二说。研究人员提出了加热可以带来好处的其他情况——例如,防止纳米孔被聚合物堵塞或分离已测序的DNA链。
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