Микро- и нанопористые структуры, получаемые в полимерах при помощи пучков ускоренных тяжелых ионов, страница 4

Рис. 5. Структура асимметричных трековых нанопор с резко меняющимся профилем [31]. В растворах электролитов такие нанопоры обнаруживают выпрямление электрического тока (см. рис. 6).

«Трековые» нанопоры дают возможность исследовать особенности ионного транспорта в зависимости от геометрических размеров и конфигурации канала, плотности электрического заряда на стенках, концентрации и вида электролита. В отличие от традиционных объектов, использовавшихся до сих пор биофизиками для этих целей, полимерная пленка с «трековой» порой дает большие преимущества в плане техники эксперимента:  она прочна, может использоваться многократно и выдерживать различные виды обработки (промывку различными реагентами, химическую модификацию и др.)

Рис. 6. Вольтамперные характеристики асимметричных нанопор с резко меняющимся профилем в растворах хлорида калия с концентрацией 1 М (1) и 0,1 М (2).

Нами разработана методика получения асимметричных трековых нанопор с резко меняющимся профилем (см. рис. 5), которые для ряда приложений представляются более перспективными, нежели каналы конической геометрии [31]. Поскольку эффективная длина узкого участка поры мала (сравнима с диаметром поры), данная модель ближе по геометрическим характеристикам к биологическим каналам. Одновременно с этим, она обеспечивает более высокие коэффициенты выпрямления тока, что позволяет говорить о создании «наножидкостного» диода [31].

Асимметричные нанопоры в молекулярных сенсорах и проекционной нанолитографии. Эта же наноструктура привлекает в настоящее время большой интерес исследователей в связи с задачей детектирования и идентификации биологически важных молекул. Если радиус канала сравним с размерами молекулы, то она может быть зарегистрирована в момент прохождения сквозь пору по электрическому импульсу – аналогично тому, как это происходит в обычном счетчике Культера при исследовании суспензий коллоидных частиц. Для длинных цепных молекул, например ДНК, обсуждается возможность считывания таким методом последовательности нуклеотидов. Осуществление данной идеи позволило бы намного упростить и удешевить методику анализа ДНК [32].  

Среди других перспективных применений профилированных нанопор следует указать на возможности формирования наноизображений при помощи атомных пучков [33,34]. Один из вариантов – это «атомное перо», представляющее собой наноотверстие в экране, на который падает параллельный атомный пучок. Атомы, прошедшие через наноотверстие, создают на поверхности подложки за экраном нанопятно. Перемещение экрана по заданному закону позволяет создавать изображения необходимого профиля, управляя как формой изображения в плоскости подложки, так и толщиной наносимых нанокластеров. При использовании трековой мембраны число отверстий в экране может быть очень большим (до 10⁸–10⁹ на 1 см²), что дает возможность осуществлять параллельную фабрикацию множества одинаковых наноструктур.

Другой подход к построению изображений в атомной оптике основан на принципе камеры-обскуры. Пучок атомов, проходящий через набор отверстий в металлической маске, формирует, по аналогии с оптикой,  «светящийся объект» заданной геометрии. Атомы, прошедшие через маску и распространяющиеся по прямолинейным траекториям, попадают на тонкую пленку с отверстиями конической формы, расположенную на расстоянии L  от маски. Каждое отверстие в пленке (= трековой мембране) является для пучка атомов камерой-обскурой, формирующее индивидуальное изображение на подложке, находящейся на малом расстоянии l за мембраной. В такой геометрии на подложке формируется множество уменьшенных в L/l раз изображений объекта. На рис.7 представлен пример изображения, полученного с уменьшением 8000 крат.