Полупроводниковые мембраны, разработанные в Университете Иллинойса, обладают большей универсальностью и работают эффективнее биологических мембран.

Создавая нанопоры в мембранах, можно использовать их для разделения ионов или регулирования потока заряженных атомов и молекул. Американские исследователи произвели моделирование работы полупроводниковых мембран в зависимости от прилагаемого к ней электростатического потенциала. Модельная система состояла из двух слоёв кремния, каждый толщиной 12 нм, с различным примесным составом (n- и p-тип).

Нанопоры имели форму песочных часов – 6-нм отверстия на поверхностях мембран и 1-нм перешеек в середине. Изменяя электростатический потенциал на слоях мембраны, можно контролировать эффективный «размер» пор. При этом возможна смена электрического поведения мембраны с омического (как в проводнике) на выпрямительное (как в диоде).

Управление потоком ионов даёт дополнительные способы точной настройки поведения канала, невозможные для биологических систем. Кроме того, помимо непосредственного использования в качестве искусственных ионных каналов, такие устройства могут пригодиться и в других приложениях – например, секвенирование ДНК. Прилагая к мембране разность потенциалов, можно протягивать молекулу ДНК через нанопору. А поскольку каждый тип азотистых оснований обладает своим определённым зарядом, по электрическому поведению мембраны можно определить, какое именно основание находится в поре в данный момент.

Василий Артюхов