Die Nanoporen-Analysetechnik ist eine auf dem elektrochemischen räumlichen Begrenzungseffekt basierende Einzelmolekülerkennungstechnik. Die Messung des durch Nanoporen erzeugten schwachen pikoampere-starken Einzelmolekülstromsignals stellt Anforderungen an die Stromauflösung, Zeitauflösung und Rauschunterdrückung von elektrochemischen Messgeräten. Das Cube-Elektrochemie-Messgerät für Nanoporen realisiert durch das Design von Frequenzkompensationsschaltungen, einem Vorverstärker für Strommessungen und einer auf FPGA (Field Programmable Gate Array) basierenden Hochgeschwindigkeits-Digitalverarbeitung ein tragbares ultrasensitives elektrochemisches Messgerät mit hoher Zeit- und Stromauflösung sowie einer Verstärkung, Erfassung und schnellen Verarbeitung von schwachen Stromsignalen bei geringem Rauschen. Stabilität ist eines der wichtigen Bewertungskriterien dafür, dass das Gerät in der praktischen Einzelmolekülmessung angewendet werden kann. Diese Studie führt Stabilitätstests des Geräts mit hochohmigen Widerständen unter den Grenzfrequenzen 5, 10 und 100 kHz durch. Die RMS-Rauschwerte der Strombasislinie, die vom Cube-Gerät erhalten wurden, sind im Vergleich zu kommerziellen Geräten um 80,0 %, 87,5 % bzw. 48,2 % reduziert, was auf eine bessere Rauschunterdrückung, bessere Stromauflösung und höhere Stabilität der Messungen hinweist. Durch statistische Vergleiche der tatsächlich angelegten Spannung und deren Standardabweichung zeigen die Ergebnisse, dass der Fehler der angelegten Spannung gering ist, wobei die Standardabweichung nur 0,14 % der angelegten Spannungsschwankung (10 mV) beträgt. Gleichzeitig zeigte ein Experiment mit Aerolysin-Nanoporen zur Erkennung von Poly(dA)4, dass die Residualstromwerte der Einzelmolekülsignale, die mit dem Cube- und kommerziellen Geräten unter verschiedenen angelegten Spannungen erhalten wurden, beide Fehler unter 0,01 aufweisen und die Ergebnisse reproduzierbar sind. Daher zeichnet sich das Cube-Nanoporien-Messgerät durch gute Stabilität, hohe Empfindlichkeit und gute Tragbarkeit aus und eignet sich für die Einzelmolekülanalyse in Nanoporen.

Nanoporen;Nanoelektrochemie;Einzelmolekülerkennung;Einzelmolekül-Oberfläche;ultraempfindliches elektrochemisches Messgerät