Al livello più semplice, i nanopori sono fori (di dimensioni nanometriche) in una membrana isolante. Il foro consente agli ioni di passare attraverso la membrana quando viene applicata una tensione, ottenendo una corrente misurabile. Quando una molecola passa attraverso un nanoporo provoca un cambiamento nella corrente, questo può essere utilizzato per caratterizzare e persino identificare singole molecole. I nanopori sono dispositivi di biorilevamento a singola molecola estremamente potenti e possono essere utilizzati per rilevare e sequenziare il DNA, RNA, e anche proteine. Recentemente, è stato utilizzato nel sequenziamento del virus SARS-CoV-2.

I nanopori allo stato solido sono un tipo estremamente versatile di nanoporo formato in membrane ultrasottili (meno di 50 nanometri), realizzati con materiali come il nitruro di silicio (SiN _X ). I nanopori a stato solido possono essere creati con una gamma di diametri e possono resistere a una moltitudine di condizioni. Una delle tecniche più interessanti con cui fabbricare i nanopori è il Controlled Breakdown (CBD). Questa tecnica è veloce, riduce i costi di fabbricazione, non richiede attrezzature specializzate, e può essere automatizzato.

Il CBD è una tecnica in cui un campo elettrico viene applicato attraverso la membrana per indurre una corrente. Ad un certo punto, si osserva un picco di corrente, indicando la formazione dei pori. La tensione viene quindi rapidamente ridotta per garantire la fabbricazione di un singolo, piccolo nanoporo.

I meccanismi alla base di questo processo non sono stati completamente chiariti, quindi un team internazionale che coinvolge ITQB NOVA ha deciso di indagare ulteriormente su come si verifica la conduzione elettrica attraverso la membrana durante la rottura, ovvero come le reazioni di ossidazione e riduzione (dette anche reazioni redox, implicano perdita o guadagno di elettroni, rispettivamente) influenzano il processo. Per fare questo, il team ha creato tre dispositivi in ​​cui il campo elettrico viene applicato alla membrana (un SiN . ricco di silicio _X membrana) in modi diversi:tramite elettrodi metallici su entrambi i lati della membrana; tramite soluzioni elettrolitiche su entrambi i lati della membrana; e tramite un dispositivo misto con un elettrodo metallico da un lato e una soluzione elettrolitica dall'altro.

I risultati hanno mostrato che le reazioni redox devono verificarsi all'interfaccia membrana-elettrolita, mentre gli elettrodi metallici aggirano questa esigenza. Il team ha anche dimostrato che, a causa di questo fenomeno, la fabbricazione di nanopori potrebbe essere localizzata in determinate regioni eseguendo CBD con microelettrodi metallici sulla superficie della membrana. Finalmente, variando il contenuto di silicio nella membrana, i ricercatori hanno dimostrato che la conduzione e la formazione dei nanopori dipendono fortemente dal materiale della membrana poiché limita la corrente elettrica nella membrana.

"Il controllo della posizione dei nanopori ci interessa da diversi anni", dice James Yates. Pedro Sousa aggiunge che "i nostri risultati suggeriscono che il CBD può essere utilizzato per integrare i pori con micro o nanostrutture complementari, come elettrodi tunnel o sensori ad effetto di campo, su una gamma di diversi materiali di membrana."  Questi dispositivi possono quindi essere utilizzati per il rilevamento di molecole specifiche, come proteine, DNA, o anticorpi, e applicato a una vasta gamma di scenari, compresa la sorveglianza pandemica o la sicurezza alimentare.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Piccolo .