近日国际期刊NPG Asia Materials在线发表了华中科技大学信息存储材料及器件研究所ISMD的综述文章“Solid-state nanopore systems: from materials to application”。该工作ISMD研究所的何毓辉教授为第一作者，来自大阪大学科学与工业研究所的筒井教授（Tsutsui Makusu）和ISMD研究所的缪向水教授为共同通讯作者，本所的博士生周越也参与了论文的部分撰写。

由于在纳米尺度观测到的大量有趣的现象，和其在下一代测序器，纳米发电机和新型突触器件方面所展示出的潜力使得离子输运和纳米孔的研究日益深入。因此在缪向水教授和筒井教授的带领下，该篇综述从工艺到应用层面系统的总结和展望了基于固态纳米孔技术领域的最新进展。首先详细介绍了基于各种材料和形状的纳流体系统的制备方法，之后介绍了最新的关于大规模离子运输现象的研究，之后介绍了从单分子测序到新型离子忆阻器这些创新应用的最新进展，最后讨论了纳流体设备未来发展的前景和挑战。

纳米孔壁的表面特性主导着通道内的离子和液体流动，通过利用和调节这些特性，创新性和革命性的应用场景才得以实现。其中一个关键主题是理解，操控然后利用由于纳米孔壁的表面电荷产生的沟道内的带电溶液，通过电学手段来控制生物分子通过纳米孔的迁移运动，以达到单分子识别的目标。此外新型材料尤其是二维材料为纳流体的研究开辟了新的天地。石墨烯纳米孔的超低厚度与直径纵横比创造了一个具有亚纳米空间分辨率的生物分子传感区，其性能优于生物纳米孔传感器。基于二维材料的纳米孔系统的另一个独特优势是材料的超高结构强度，因为二维材料纳米孔能够阻断离子的运输但是仍使水分子通过，因此有希望应用于海水淡化方面。最后基于纳流体的新型器件的设计和应用也在不断发展，通过向纳流体的两端填充两种不互溶液体，纳米沟道中存在清晰界面，且由于该两种液体的电导率不同，形成了高低电阻区域，通过施加电压可以可控的调节界面位置从而改变整个器件的阻态，成功模拟了生物的突触特性，展示了其作为忆阻器和人工突触器件的潜力。这个新的和令人兴奋的应用场景的帷幕已经拉开了，现在需要更多的研究关注，以创造新的未来。

图：固态纳米孔的基础特性和应用

论文信息和网页链接：

He, Y., Tsutsui, M., Zhou, Y., Miao, X. Solid-state nanopore systems: from materials to applications. NPG Asia Mater, 13, 48 (2021).

https://www.nature.com/articles/s41427-021-00313-z#citeas