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電解質水溶液(一価イオン)の濃度が100mMから0.1μMのとき、水溶液のデバイ長(イオンが局所的な電場の影響を受ける距離)はナノメートルのオーダーになる。チャネルの壁が電荷を持ち、チャネルの幅がデバイ長さよりも小さい場合はチャネルの内部は実質的に対イオン(壁の電荷と逆符号の電荷をもつイオン)のみのユニポーラな水溶液となる。一方、チャネルの幅がデバイ長さよりも大きい場合はチャネルの内部は対イオンと副イオン(壁の電荷と逆符号と同符号の電荷をもつイオン)のバイポーラな水溶液となる。いずれの条件においても、チャネルの一部の表面電荷を外部電極に電圧を加える等により変化させると、半導体のトランジスタと同様の原理で、ナノチャネル内部の電流(イオンの流れ)を制御することができる。前者においては電界効果トランジスタと似た特徴をもち、後者においては接合型トランジスタと似た特徴をもつ。しかし後者においては、チャネルの幅がデバイ長さよりも遥かに大きくなると、電気泳動によるイオンの流れの制御よりも、電気浸透による液体の流れの制御の効果が強くなり、いわゆるマイクロポンプとなる。本研究においては、理論計算により、シリカナノチューブと電解質水溶液によって接合型トランジスタやダイオードと同様な動作原理をもつ装置が実現できることを示し、その装置を組み合わせることによって、バイオセンサーとして利用することができることを指摘した。
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