通过精确建模接入区域预测纳米孔中的电阻脉冲特征
应用物理
2025-10-16 v2 生物物理
摘要
电阻脉冲传感用于表征和计数在电场偏置下沿通道运动的溶液中的单颗粒，其中纳米级孔洞提供了足够的空间分辨率以实现单分子识别和测序。该技术依赖于测量分子通过时产生的离子电流下降，并通过电导模型将阻塞信号转化为分子尺寸。然而，目前尚无通用模型能够考虑分子阻塞时孔洞外部（即接入区域）的电阻贡献。随着具有低宽高比孔的二维材料和超薄膜的出现，这一点变得越来越重要。在本工作中，提出了一种在存在绝缘阻塞的情况下对接入区域电阻进行建模的通用方法。使用扁长球面切片对接入区域进行划分，并推断其被不同形状物体阻塞时的电导。我们表明，该模型能够准确估计二维和有限长度孔洞在简单或复杂结构位于孔口不同距离时的阻塞态电导。该模型通过预测偏离孔洞中心轴的阻塞更深的效果来捕捉离轴效应。一个基于模型的 Web 应用被创建，用于预测广泛范围的分子几何形状穿过不同形状孔洞时的电学特征。所提出的模型和配套工具将有助于指导未来的实验设计，从而以直接的方式扩展纳米尺度电阻脉冲技术的定量能力。
引用
@article{arxiv.2411.05589,
title = {Predicting Resistive Pulse Signatures in Nanopores by Accurately Modeling Access Regions},
author = {Martin Charron and Zachary Roelen and Deekshant Wadhwa and Vincent Tabard-Cossa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.05589},
year = {2025}
}