Salt-Gradient Approach for Regulating Capture-to-Translocation Dynamics of DNA with Nanochannel Sensors

纳米孔 纳米技术 渗透力 微流控 化学物理 分子动力学 生物系统 化学 生物物理学 纳米孔测序 染色体易位 材料科学 DNA 正渗透 生物 反渗透 DNA测序 计算化学 生物化学 基因
作者
Yuhui He,Makusu Tsutsui,Ralph H. Scheicher,Xiang Shui Miao,Masateru Taniguchi
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:1 (6): 807-816 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acssensors.6b00176
摘要

Understanding the physical mechanisms that govern the ion and fluidic transport in salt-concentration-based nanochannel/nanopore systems is essential for the potential applications in bioanalysis. One central challenge is to interpret the observed four-stage change from osmosis to the reverse one with increasing salt gradient. Here we provide a unified model that outlines the intriguing role of two competing factors, the exclusion- and diffusion-induced electrical potentials. We demonstrate theoretically a direction control of a hydrodynamic flow via the salt gradient. Based on this, we also propose a salt-gradient approach for regulating DNA motion in nanochannels that enables voltage-free single-molecule capture with a significantly low translocation speed. The present method would be used as a useful protocol to overcome the key hurdle of tailoring the capture-to-translocation dynamics of polynucleotides for nanopore sequencing.

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