No abstract

Nanopores as resistive pulse sensors can effectively detect single‐particles of several types including molecules without the need of labelling. Although pore geometry has a significant role in the formation of the obtained signals, it has been investigated relatively little. In the present study, we run simulations to consider the effects of pore geometry and compare conical, cigar and hourglass shaped pores at the conditions where both the resistive and conductive pulses occur in the conical pore. We examine the pulse magnitudes in relation to variations in size and charge for spherical particles. We also compare the pore geometries for when the particles pass through an off‐axis trajectory, close to the pore wall. The results show that distorting the conical shape into an hourglass or a cigar shape can significantly enhance the sensing capability of the nanopore. We show that at identical conditions, the hourglass pore only generates resistive pulses unlike the other two geometries. In the absence of the conductive pulses, the hourglass pore is robust to the variations in the particle charge and its pulse magnitudes are less affected by the particle trajectory than the cigar pore. The comparison shows that the hourglass pore may yield the best performance for size discrimination purposes. On the other hand, the conductive pulses carry valuable information and accordingly, by the aid of conductive pulses, the cigar pore can outperform the other geometries for the detection of charged particles.

C oulter Counter prensibine dayanan dirençli atış taraması, çeşitli ortamlardaki farklı partikül tiplerini tespit etmek / ayırt etmek için algılama ve ayırma işlemlerinde önemli bir tekniktir. Böyle bir düzenekte, daha küçük parçacıklardan sinyal elde etmek daha büyük parçacıklara kıyasla zor olabilir. Bu çalışmada, gözenek şeklinin sinyal hassasiyeti üzerindeki kritik rolüne odaklanılmıştır. Küçük parçacıkların hassasiyetini incelemek için kum saati ve puro şekilli nanogözenekler simüle edilmiştir. Yüzey yükünü -0.31 C/m 2 , -0.007 C/m 2 ve -0.015 C/m 2 olarak -0.3 V ile -1 V arasında 0,1'lik artışlarla değiştirerek 120 nm çapındaki parçacığın gözenekten geçişi incelenmiştir. Değişken yüzey yüklerine sahip özdeş boyutlu parçacıklar için sinyaller farklı konsantrasyonlarda karşılaştırılmıştır. Her gözenek şeklinden elde edilen sinyal büyüklüklerinin ve normalize edilmiş akım değişikliklerinin karşılaştırılması, puro şeklindeki gözeneğin kum saati gözeneğine kıyasla daha küçük boyutlu parçacıklar için daha belirgin sinyaller verdiğini göstermiştir. Sonuçlar, kum saati şeklindeki gözeneğin, daha küçük parçacıkları ayırt etmek için puro şeklinden daha yüksek hassasiyet sağladığını ve kum saati gözeneğinin nanogözenek sensör uygulamaları için tercih edilebileceğini ortaya koymaktadır.

A simetrik nanogözeneklerin karakteristiği olan iyon akımı rektifikasyonu (doğrusallıktan sapma) davranışı, özellikle biyomolekül analizinde önemli bir olgudur. Nanogözeneklerdeki bu davranış, elektrik devrelerinde iyon akımının tek yönde gerçekleştiği diyotlara benzemektedir. Bu davranış, gözenek geometrisi, gözenek yüzey yük yoğunluğu, elektrolit iyon konsantrasyonu, uygulanan potansiyel ve basınç gibi belirli parametrelere bağlıdır. Bu çalışmada, konik nanogözenekteki iyonik akımların rektifikasyon davranışları deneysel olarak incelenmiş ve sonuçları teorik olarak doğrulanmıştır. Elektrolit çözeltisinin pH değerini değiştirerek, farklı rektifikasyon değerlerine sahip çeşitli akım-potansiyel (I-V) eğrileri elde edilmiştir. Bu değerler simülasyon sonuçları ile karşılaştırılarak nanogözenek duvarlarının yüzey yükü yoğunluğu için bir tahminde bulunulabileceği gösterilmiştir.

No abstract