Au niveau le plus simple, les nanopores sont des trous (de la taille d'un nanomètre) dans une membrane isolante. Le trou permet aux ions de traverser la membrane lorsqu'une tension est appliquée, résultant en un courant mesurable. Lorsqu'une molécule traverse un nanopore, elle provoque une modification du courant, cela peut être utilisé pour caractériser et même identifier des molécules individuelles. Les nanopores sont des dispositifs de biodétection à molécule unique extrêmement puissants et peuvent être utilisés pour détecter et séquencer l'ADN, ARN, et même des protéines. Récemment, il a été utilisé dans le séquençage du virus SARS-CoV-2.

Les nanopores à l'état solide sont un type de nanopore extrêmement polyvalent formé dans des membranes ultrafines (moins de 50 nanomètres), fabriqués à partir de matériaux tels que le nitrure de silicium (SiN X ). Les nanopores à l'état solide peuvent être créés avec une gamme de diamètres et peuvent résister à une multitude de conditions. L'une des techniques les plus attrayantes pour fabriquer des nanopores est la décomposition contrôlée (CBD). Cette technique est rapide, réduit les coûts de fabrication, ne nécessite pas d'équipement spécialisé, et peut être automatisé.

Le CBD est une technique dans laquelle un champ électrique est appliqué à travers la membrane pour induire un courant. A un moment donné, un pic de courant est observé, signifiant la formation de pores. La tension est ensuite rapidement réduite pour assurer la fabrication d'un seul, petit nanopore.

Les mécanismes sous-jacents à ce processus n'ont pas été entièrement élucidés, c'est pourquoi une équipe internationale impliquant ITQB NOVA a décidé d'étudier plus avant comment la conduction électrique à travers la membrane se produit pendant la panne, savoir comment les réactions d'oxydation et de réduction (également appelées réactions redox, ils impliquent une perte ou un gain d'électrons, respectivement) influencent le processus. Pour faire ça, l'équipe a créé trois dispositifs dans lesquels le champ électrique est appliqué à la membrane (un SiN riche en silicium X membrane) de différentes manières :via des électrodes métalliques de part et d'autre de la membrane; via des solutions électrolytiques des deux côtés de la membrane ; et via un dispositif mixte avec une électrode métallique d'un côté et une solution d'électrolyte de l'autre.

Les résultats ont montré que des réactions redox doivent se produire à l'interface membrane-électrolyte, tandis que les électrodes métalliques contournent ce besoin. L'équipe a également démontré que, à cause de ce phénomène, la fabrication de nanopores pourrait être localisée dans certaines régions en réalisant du CBD avec des microélectrodes métalliques sur la surface de la membrane. Finalement, en faisant varier la teneur en silicium de la membrane, les chercheurs ont démontré que la conduction et la formation de nanopores dépendent fortement du matériau de la membrane car il limite le courant électrique dans la membrane.

"La maîtrise de la localisation des nanopores nous intéresse depuis plusieurs années", dit James Yates. Pedro Sousa ajoute que " nos résultats suggèrent que le CBD peut être utilisé pour intégrer des pores avec des micro ou nanostructures complémentaires, tels que les électrodes à effet tunnel ou les capteurs à effet de champ, sur une gamme de matériaux membranaires différents."  Ces dispositifs peuvent ensuite être utilisés pour la détection de molécules spécifiques, comme les protéines, ADN, ou des anticorps, et appliqué à un large éventail de scénarios, y compris la surveillance des pandémies ou la sécurité sanitaire des aliments.

La recherche a été publiée dans la revue Petit .