南卫理公会大学和罗德岛大学已获得一种廉价、易于使用的方法来创建固态纳米孔 (SSN) 的专利，同时还可以自我清洁堵塞的纳米孔。

这种称为化学调谐控制电介质击穿(CT-CDB)的技术解决了两个关键问题，这些问题阻碍了固态纳米孔(太小以至于人眼无法看见)被更频繁地用于构建可以测量给定样本的生物和化学反应的生物传感器。

生物传感器具有广泛的医疗应用，能够快速、早期和有效地诊断和监测疾病。

“我们使用这种技术制造出的纳米孔大大克服了固态纳米孔 (SSN) 的传统缺点，”专利持有人之一、南卫理公会大学莱尔工程学院罗伯特·C·沃马克主席兼 BAST 实验室首席研究员 MinJun Kim 说道。

SSN 非常适合生物传感，因为与现有技术相比，它们的制造成本较低，并且可以实时分析少量样本。此外，人工制造的 SSN 比我们体内自然产生的纳米孔更坚固，因此更易于在纳米设备中使用。

SSN 设备由一个微小的孔或纳米孔组成，这些孔或纳米孔位于所谓的膜上，膜是一种薄片材料，在两个充满离子溶液的容器之间形成一道屏障。

当在膜上施加电压时，离子电流就会流过纳米孔。

为了进一步了解某种物质，研究人员将微小样本通过纳米孔送入其中一个容器;然后，每个生物分子在通过纳米孔时都会因电场变化而记录自己的信号。这些电流信号使人们能够了解该物质的生物和化学特性。

Kim 表示：“制造单个纳米孔的一种快速简便的方法是利用纳米级的受控电介质击穿(CDB)。”

电介质击穿是指电绝缘材料(电介质)在受到高压后突然变成导体，允许电流流过。CDB 依靠在绝缘膜上施加电压来产生高电场，同时监测感应漏电流。

感应漏电流是由于电子穿过陷阱或膜上固有的缺陷而产生的。经过一段时间后，带电陷阱会累积，最终导致膜的介电击穿，从而形成单个纳米孔。

但是，通过这种方法制造的孔隙存在两个一致的问题：开孔电流的漂移和不可逆的分析物粘附。

开孔电流漂移是指当纳米孔不受阻碍时，流经纳米孔的基线电流逐渐变化或波动。这些漂移会影响使用固态纳米孔进行的测量的准确性和可靠性。

不可逆分析物粘附是指被测量或分析的物质(分析物)永久地结合在纳米孔上，而不是穿过它。

这两个问题都会影响研究人员从纳米孔获取长期、一致测量的能力。

为了克服这些障碍，南卫理公会大学和罗德岛大学的研究人员在开发具有薄氮化硅膜的 SSN 时，开发了一种方法，使用一种名为次氯酸钠(NaOCl)的化学添加剂来改性 CDB。

研究人员发现，添加次氯酸钠后，纳米孔的堵塞风险显著低于传统方法制备的纳米孔，而且纳米孔中没有开孔电流漂移。这些优势缩短了实验之间的停机时间。

“这导致了纳米孔表面化学性质的显著不同，从而显著提高了它们的性能，”Kim说。

金因在纳米和微生物学的开发及其在纳米医学中的广泛应用方面做出的贡献而享誉国际。例如，他开发的设备有朝一日可能会将药物输送到肿瘤处，清除堵塞的动脉，并帮助医生了解人体最难触及的空间内发生的情况。

CT-CDB 的共同发明人是俄亥俄州立大学化学与生物化学系助理教授 Nuwan Bandara 和 Buddini Karawdeniya、休斯顿-克利尔莱克大学工程系机械工程助理教授 Jugal Saharia 和罗德岛大学化学教授 Jason Dwyer。

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