伊利諾伊大學厄巴納的研究人員開發(fā)了關于在高梯度電場下壓縮水的新理論。他們發(fā)現(xiàn)，施加在石墨烯膜上的小孔中的高電場會使穿過孔的水分子壓縮3％。預測水的壓縮可能最終證明在用于生物醫(yī)學研究的生物分子的高精度過濾中是有用的。

該團隊評論說：“這是一個意想不到的現(xiàn)象，與我們認為的納米孔運輸相反。花了三年的時間才弄清楚模擬給我們帶來了什么。在探索了許多潛在的解決方案后，我們實現(xiàn)了突破。我們不應該認為水是不可壓縮的。現(xiàn)在我們了解計算機模擬中發(fā)生了什么，我們能夠在理論計算中重現(xiàn)這種現(xiàn)象。“

科學家們進行了這項研究，以測試石墨烯-納米孔DNA測序中的新方法。在過去的幾年中，石墨烯納米孔已經(jīng)顯示出廉價DNA測序的巨大希望。它的工作原理是將DNA懸浮在水中，然后通過電場通過石墨烯膜上的一個小孔拉出DNA，水和離子。施加在石墨烯片上的電場吸引溶解的離子和任何帶電粒子（DNA是帶負電的粒子）。DNA的四個核堿基被讀作每個獨特形狀的核堿基產(chǎn)生的離子流的差異。

孔的尺寸和薄片的厚度對于這種方法是至關重要的。石墨烯片僅為一個原子厚度，納米孔的直徑僅為約3納米或10個原子的寬度，并且DNA分子的寬度為約2納米。

在這項研究中，教授和他的博士后研究員開始著手開發(fā)一種計算模型，使他們能夠控制DNA通過石墨烯納米孔的傳輸速度。他們知道增加施加的電場應該以相同的倍數(shù)增加傳輸速度，但是當它們將場增加十倍時，DNA被完全阻止通過該孔。

威爾遜描述了他在模擬中看到的內(nèi)容：“我們試圖看看我們是否改變了石墨烯片上的電荷，是否會像預測的那樣改變DNA的捕獲率。我們的模擬結(jié)果表明，DNA正如預期的那樣通過納米孔在較低的電場，但是當你施加1伏特時，DNA看起來像是在它想要通過的納米孔上方跳舞，但由于某種原因它不能。

“事實證明，電場的梯度是壓縮水的因素，因為水是電介質(zhì)。非常高的電場不會這樣做，只有一個在空間上變化的場。水分子上的電荷與在電場最弱的地方，電場拉近的電荷比電場最弱的地方的電荷拉得更厲害。“

“所有這一切都有效，因為膜非常薄，電場集中在膜的兩側(cè)，從兩側(cè)壓縮水分子。壓縮僅為3％，但對水加壓-它相當于到100個大氣壓-并且壓力基本上將DNA推回，使其不能穿過納米孔“。

威爾遜繼續(xù)說道，“一旦我們弄清楚實際發(fā)生的是水的壓縮，我們就會與使用石墨烯納米孔的實驗者進行交談。我們已經(jīng)了解到這種現(xiàn)象可能已經(jīng)在實驗室中觀察到了。顯然人們已經(jīng)看到了它，但是他們無法解釋它。需要重復實驗來驗證我們的理論。“

“我們最初開始使用這項工作進行DNA測序。但現(xiàn)在我們認為我們可以用它來識別和分離非常相似但有一些小差別的生物分子。例如，你可以有很多相同的蛋白質(zhì)，但有些可能帶有一個非常小的標記-一個翻譯后修飾-改變它的電荷。只有一個電子的差異將決定分子是否通過納米孔，因為這是電荷的函數(shù)。所以我們可能會使用這種新的水壓現(xiàn)象可以非常精確地過濾生物分子。“