基于二维材料纳米孔的生物传感器:计算和模拟研究进展

• 作者: 周万琦 仇虎 郭宇锋 郭万林
• 来源期刊: 科学通报
• 关键词: 纳米孔传感 DNA测序 二维材料 石墨烯 理论计算
• 年，卷（期）: 2021,（6）
• 所属期刊栏目: 评述
• 页码范围: 657-673
• 页数: 17页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1360/TB-2020-1051

摘要

近年来,基于纳米孔的生物传感器被广泛用于DNA、RNA和蛋白质等生物分子的检测和分析.以DNA测序为例,纳米孔测序摒弃了样本扩增和荧光标记等步骤,与传统测序技术相比,在成本、读取长度和效率等方面具有明显优势.过去10年间,拥有优异力学、电学、光学等性质的石墨烯和其他二维材料受到了纳米孔传感器领域研究人员的关注.一方面,这是因为它们极低的厚度有望提供远高于氮化硅、氧化硅等传统固态纳米孔材料的空间分辨率;另一方面,除常用的离子电流测量外,导电二维材料的应用还提供了膜内横向电流这一带宽更高的测量途径.在纳米孔传感器的研制过程中,能实时“观测”纳米孔内原子、分子尺度相互作用规律的理论和计算模拟工具发挥了重要作用,包括预测分析原理、优化器件性能、解释实验现象等.本文从计算和模拟角度出发,综述了过去10年间基于二维材料纳米孔生物传感器研究的关键历程,分析了制约二维材料纳米孔传感器性能的关键因素,讨论了该领域目前所面临的挑战和可能的解决方法,最后展望了未来值得努力的方向.