Nanopores in Atomically Thin 2D Nanosheets Limit Aqueous Single-Stranded DNA Transport

纳米孔 化学物理 材料科学 分子动力学 单层 密度泛函理论 纳米技术 DNA 抗弯刚度 计算化学 化学 生物化学 复合材料
作者
Alex Smolyanitsky,Binquan Luan
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:127 (13) 被引量:14
标识
DOI:10.1103/physrevlett.127.138103
摘要

Nanopores in 2D materials are highly desirable for DNA sequencing, yet achieving single-stranded DNA (ssDNA) transport through them is challenging. Using density functional theory calculations and molecular dynamics simulations we show that ssDNA transport through a pore in monolayer hexagonal boron nitride (hBN) is marked by a basic nanomechanical conflict. It arises from the notably inhomogeneous flexural rigidity of ssDNA and causes high friction $\textit{via}$ transient DNA desorption costs exacerbated by solvation effects. For a similarly sized pore in bilayer hBN, its self-passivated atomically smooth edge enables continuous ssDNA transport. Our findings shed light on the fundamental physics of biopolymer transport through pores in 2D materials.
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