电荷分布模式对纳米孔作为传感器适用性的影响
应用物理
2018-12-31 v1 介观与纳米尺度物理
软凝聚态物质
摘要
我们研究了一种模型纳米孔传感器，能够检测电解质溶液中浓度极低的待测离子。该纳米孔选择性地结合待测离子，从而改变背景电解质（KCl）离子的局部浓度，进而改变流经孔的离子电流。待测物浓度可由校准曲线确定。在我们先前的研究（Mádai 等，J. Chem. Phys., 147(24):244702, 2017）中，我们提出了一种对称模型（沿孔表面电荷全为负）。传感机制是 K 与正待测离子之间的竞争，因此待测物浓度增加会降低 K 电流。此处我们允许孔壁上存在非对称电荷模式（沿孔为正/负/中性），从而获得额外的器件功能——整流，形成双响应器件。我们发现双极性纳米孔是一种高效几何结构，其中 Cl 离子为主要电荷载流子。传感机制是更多正待测离子吸引更多 Cl 离子进入孔中，从而增大电流。同时它们使孔的不对称性降低，从而减小整流。我们采用混合计算机模拟方法，将非平衡广义巨正则蒙特卡洛方法（局域平衡蒙特卡洛）与 Nernst-Planck 方程耦合以计算通量。
引用
@article{arxiv.1812.10839,
title = {The effect of the charge pattern on the applicability of a nanopore as a sensor},
author = {Eszter Mádai and Mónika Valiskó and Dezső Boda},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.10839},
year = {2018}
}