微型温度计直接监测离子通过纳米孔时的温度变化
大阪大学 SANKEN(科学与工业研究所)的科学家使用热电偶测量了离子流通过纳米孔的热效应。他们发现，在大多数情况下，电流和加热功率都随施加的电压而变化，正如欧姆定律所预测的那样。这项工作可能会导致更先进的纳米级传感器。
纳米孔是膜上的微小开口，小到只有一条 DNA 链或病毒颗粒可以通过，它是构建传感器的令人兴奋的新平台。通常，在膜的两侧之间施加电压以通过纳米孔吸引待分析的物质。同时，溶液中的带电离子可以传输，但它们对温度的影响尚未得到广泛研究。直接测量由这些离子引起的热效应有助于使纳米孔作为传感器更实用。
现在，大阪大学的一组研究人员创造了一种由金和铂纳米线制成的热电偶，其接触点尺寸仅为 100 nm，用作温度计。它用于直接测量纳米孔旁边的温度，该纳米孔被切割成悬浮在硅晶片上的 40 纳米厚的薄膜。
当电能通过电线中的电阻转化为热量时，就会发生焦耳热。这种效应发生在烤面包机和电炉中，并且可以被认为是电子与电线的原子核碰撞时的非弹性散射。在纳米孔的情况下，科学家们发现热能与离子流的动量成比例消散，这与欧姆定律的预测一致。在研究 300 nm 大小的纳米孔时，研究人员记录了磷酸盐缓冲盐水的离子电流与施加电压的函数关系。“我们在广泛的实验条件下展示了近乎欧姆的行为，”第一作者 Makusu Tsutsui 说。
使用较小的纳米孔，加热效果变得更加明显，因为来自较冷侧的较少流体可以通过以平衡温度。因此，加热可能会导致不可忽略的影响，纳米孔在标准操作条件下会经历几度的温度升高。资深作者 Tomoji Kawai 说：“我们预计新型纳米孔传感器的开发不仅可以识别病毒，而且还可以同时使它们失活。” 研究人员提出了加热可能有益的其他情况 - 例如，防止纳米孔被聚合物堵塞，或分离正在测序的 DNA 链。
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