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Ionic Transport through Uncharged Nanopores

Authors :
Sebastien Balme
John Palmeri
Jean-Marc Janot
Fabien Picaud
Manoel Manghi
Emmanuel Balanzat
Mikhael Bechelany
Institut Européen des membranes (IEM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)
Nanomédecine, imagerie, thérapeutique - UFC (EA 4662) (NIT / NANOMEDECINE)
Université de Franche-Comté (UFC)
Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)
Physique Statistique des Systèmes Complexes (LPT) (PhyStat)
Laboratoire de Physique Théorique (LPT)
Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Laboratoire Charles Coulomb (L2C)
Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Nanomédecine, imagerie, thérapeutique - UFC (UR 4662) (NIT / NANOMEDECINE)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Biophysical Journal, Biophysical Journal, Biophysical Society, 2016, 110 (3), pp.655a. ⟨10.1016/j.bpj.2015.11.3504⟩, Biophysical Journal, 2016, 110 (3), pp.655a. ⟨10.1016/j.bpj.2015.11.3504⟩, ResearcherID
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

International audience; In the area of nanopore technology, detection methods are based on the recorded electrical signal induced by ionic transport through the nanopore.This signal also is often used to determine the nanopore diameter. Thus fundamental understanding of ionic transport at the nanoscale is essential, because ions do not in general exhibit bulk-like behavior. Indeed, at low salt concentration, the conductance-concentration relation does not follow a bulk-like linear law. In addition, for small nanopores, surface effects can prevail over bulk transport. In order to illustrate this phenomenon, we have tailored high aspect ratio (conical and cylindrical), putatively uncharged nanopores using tracketching on PET Film and atomic layer deposition technique. Starting from experimental results, we will discuss different approaches to fitting the data, including a simple phenomenological model, commonly used to determine nanopore diameter, and a more sophisticated mesoscopic model based on the space charge model. Application of the mesoscopic model leads us to conclude that, surprisingly, a weak surface charge density is needed to fit the transport model to the experimental data. To go further, molecular dynamic simulations were also performed on a system modeled to resemble as closely as possible the experimental one. From different nanopore geometries and the adsorption of hydrophibic polypeptides, we will attempt to explain the origin of the weak surfacecharge.

Details

Language :
English
ISSN :
00063495 and 15420086
Database :
OpenAIRE
Journal :
Biophysical Journal, Biophysical Journal, Biophysical Society, 2016, 110 (3), pp.655a. ⟨10.1016/j.bpj.2015.11.3504⟩, Biophysical Journal, 2016, 110 (3), pp.655a. ⟨10.1016/j.bpj.2015.11.3504⟩, ResearcherID
Accession number :
edsair.doi.dedup.....d4f9aebd59ac692ef22964983ab9f964