使用石墨烯纳米孔电容器调制分子通量
调制的离子电流流经纳米孔是一个基本的生物过程。灵感来自大自然,在合成固态纳米孔膜正在开发,使生物大分子和作为元素的快速分析的nanofludic电路。在这里,我们从理论上研究离子和水通过graphene-insulator-graphene膜包含一个运输,electrolyte-filled纳米孔。我们通过所有原子分子动力学模拟表明,这种石墨烯纳米孔电容器的电荷状态可以调节选择性和纳米孔离子电流的大小。以固定跨膜偏见,离子电流可以从由一个平等的阳离子和阴离子的混合物被几乎完全通过阳离子或阴离子物种,根据电荷的符号分配给两个板块的电容器。分配板的电容反号费用可以增加纳米孔电流或大幅减少,根据偏差驾驶跨膜电流的极性。通过纳米孔的动态反演表面电荷,这种离子电流调节发现尽管发生的物理尺寸纳米孔作为一个数量级大于检查电解液的长度。离子电流整流是伴随着明显的electro-osmotic效应,可以运输中性分子如蛋白质和药物固态膜,从而作为电子和化学信号之间的一个接口。
分子动力学模拟的离子传输通过基线(卸货)石墨烯纳米孔电容器应用跨膜偏见200 mV。石墨烯纳米孔电容器由绝缘体、二氧化硅,夹在单层石墨烯薄片。石墨烯纳米孔电容器是淹没在1.1氯化钾电解质溶液。在电影中,显示了纳米孔电容器内部剖视表示,深灰色球体代表碳原子组成的石墨烯板,表面浅灰色代表硅膜,紫色和浅蓝色球体代表Cl−和K+分别离子。石墨烯层顶部和底部是电中性(σ前=σ底e = 0纳米−2),这是示意图由深灰色的圆圈表示。这个动画显示了各自的最后5 ns 25 ns MD轨迹。
通过K离子运输+导电石墨烯纳米孔电容器应用跨膜偏见200 mV。纳米孔电容器内部剖视表示所示,深灰色球体代表碳原子组成的石墨烯板,表面浅灰色代表硅膜,紫色和浅蓝色球体代表Cl−和K+分别离子。石墨烯板顶部和底部是σ带负电底=σ前=−2.0海里−2示意图说明了蓝色的圆圈。这个动画显示了各自的最后5 ns 25 ns MD轨迹。
通过氯离子传输−导电石墨烯纳米孔电容器应用跨膜偏见200 mV。纳米孔电容器内部剖视表示所示,深灰色球体代表碳原子组成的石墨烯板,表面浅灰色代表硅膜,紫色和浅蓝色球体代表Cl−和K+分别离子。石墨烯板顶部和底部是σ带正电底=σ前=−2.0海里−2这是示意图红色圆圈所示。这个动画显示了各自的最后5 ns 25 ns MD轨迹。
离子传输通过增强石墨烯纳米孔电容器应用跨膜偏见200 mV。纳米孔电容器内部剖视表示所示,深灰色球体代表碳原子组成的石墨烯板,表面浅灰色代表硅膜,紫色和浅蓝色球体代表Cl−和K+分别离子。石墨烯板顶部和底部是电荷相反:σ前= + 2.0海里−2和σ底=−2.0海里−2红色和蓝色的圆圈所示这个动画显示了各自的最后5 ns 25 ns MD轨迹。
离子传输通过一个断开的石墨烯纳米孔电容器应用跨膜偏见200 mV。纳米孔电容器内部剖视表示所示,深灰色球体代表碳原子组成的石墨烯板,表面浅灰色代表硅膜,紫色和浅蓝色球体代表Cl−和K+分别离子。石墨烯板顶部和底部是电荷相反:σ前=−2.0海里−2和σ底e = 2.0海里−2蓝色和红色圆圈所示这个动画显示了各自的最后5 ns 25 ns MD轨迹。