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Nanopores in Graphene and Other 2D Materials: A Decade’s Journey toward Sequencing
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2021-11-29 , DOI: 10.1021/acsnano.1c07960 Hu Qiu 1 , Wanqi Zhou 1 , Wanlin Guo 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2021-11-29 , DOI: 10.1021/acsnano.1c07960 Hu Qiu 1 , Wanqi Zhou 1 , Wanlin Guo 1
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Nanopore techniques offer a low-cost, label-free, and high-throughput platform that could be used in single-molecule biosensing and in particular DNA sequencing. Since 2010, graphene and other two-dimensional (2D) materials have attracted considerable attention as membranes for producing nanopore devices, owing to their subnanometer thickness that can in theory provide the highest possible spatial resolution of detection. Moreover, 2D materials can be electrically conductive, which potentially enables alternative measurement schemes relying on the transverse current across the membrane material itself and thereby extends the technical capability of traditional ionic current-based nanopore devices. In this review, we discuss key advances in experimental and computational research into DNA sensing with nanopores built from 2D materials, focusing on both the ionic current and transverse current measurement schemes. Challenges associated with the development of 2D material nanopores toward DNA sequencing are further analyzed, concentrating on lowering the noise levels, slowing down DNA translocation, and inhibiting DNA fluctuations inside the pores. Finally, we overview future directions of research that may expedite the emergence of proof-of-concept DNA sequencing with 2D material nanopores.
中文翻译：
石墨烯和其他二维材料中的纳米孔：十年的测序之旅
纳米孔技术提供了一种低成本、无标记和高通量的平台，可用于单分子生物传感，特别是 DNA 测序。自 2010 年以来，石墨烯和其他二维 (2D) 材料作为用于生产纳米孔器件的膜引起了相当大的关注，因为它们的亚纳米厚度在理论上可以提供最高可能的空间检测分辨率。此外，二维材料可以是导电的，这有可能实现依赖于穿过膜材料本身的横向电流的替代测量方案，从而扩展了传统的基于离子电流的纳米孔装置的技术能力。在这篇综述中，我们讨论了利用二维材料构建的纳米孔进行 DNA 传感的实验和计算研究的关键进展，重点关注离子电流和横向电流测量方案。进一步分析了与开发二维材料纳米孔对 DNA 测序相关的挑战，重点是降低噪音水平、减缓 DNA 易位和抑制孔内的 DNA 波动。最后，我们概述了未来可能加速使用二维材料纳米孔进行概念验证 DNA 测序的研究方向。
更新日期：2021-12-28
中文翻译：
石墨烯和其他二维材料中的纳米孔：十年的测序之旅
纳米孔技术提供了一种低成本、无标记和高通量的平台，可用于单分子生物传感，特别是 DNA 测序。自 2010 年以来，石墨烯和其他二维 (2D) 材料作为用于生产纳米孔器件的膜引起了相当大的关注，因为它们的亚纳米厚度在理论上可以提供最高可能的空间检测分辨率。此外，二维材料可以是导电的，这有可能实现依赖于穿过膜材料本身的横向电流的替代测量方案，从而扩展了传统的基于离子电流的纳米孔装置的技术能力。在这篇综述中，我们讨论了利用二维材料构建的纳米孔进行 DNA 传感的实验和计算研究的关键进展，重点关注离子电流和横向电流测量方案。进一步分析了与开发二维材料纳米孔对 DNA 测序相关的挑战，重点是降低噪音水平、减缓 DNA 易位和抑制孔内的 DNA 波动。最后，我们概述了未来可能加速使用二维材料纳米孔进行概念验证 DNA 测序的研究方向。
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