日前，微电子所纳米加工与新器件集成技术研究室（三室）博士后何毓辉基于纳电子的DNA测序科研文章Differential conductance as a promising approach for rapid DNA sequencing with nanopore-embedded electrodes被2010年7月26日出版的Applied Physics Letters 97, 043701 (2010)（《应用物理快报》2010年97卷第4期）选为封面文章。

　　《应用物理快报》封面

　　近年来，生物技术的迅速发展，基因测序和相应的基因药物引起广泛注意。随着科学家提出人类基因组计划，如何实现个人基因组的快速、廉价测序，成为了一个有着重大应用意义的课题。当下，微纳电子加工技术进入到纳米精度，而这正是DNA分子的直径尺度。于是人们很自然的想到利用纳电子技术实现DNA的检测。

　　美国科学家提出基于纳电子技术的DNA测序构想，即利用核苷酸上不同碱基的电子结构不同。DNA分子是带电的大分子，在纵向电场的驱动下，将游动通过纳米孔。在此期间，同时测量纳米孔里横向的隧穿电流，如前所述，不同核苷酸的碱基电子结构不同，由此导致的横向电学特性也不同，据此可以判断出正在通过的是哪一种核苷酸，并设计了装置如下图：

　　图(a)：一个单链DNA在纵向电场的驱动下，游动通过一个纳米孔

　　图(b)：利用分子动力学模拟软件，在Van De Waals绘景中做出的器件图，其中纳米孔是氮化硅-金电极-氮化硅的三明治结构，中间的金电极用于测量DNA通过时的横向隧穿电流，两端的绝缘氮化硅材料用于把金电极跟水溶液隔离开来，游动在纳米孔中的是单链DNA分子，红白相间的小颗粒是水分子，间杂其中的是氯离子和钾离子。整个测序必须在常温下的溶液环境中完成。

　　这一原始方案提出后，引起了学术界和工业界的极大兴趣，IBM等世界顶级高科技公司，都开始投入人力、财力研究这一测序方案。该方案虽然很有吸引力，但无论是定量的理论计算、预测，还是实际的实验实现，都面临非常多困难。

　　微电子所纳米加工与新器件集成技术研究室（三室）博士后何毓辉在导师刘明研究员的指导下，从2009年博士后进站开始从事纳电子DNA测序方面的研究。在研究室的大力支持下，何毓辉成功搭建起了一套完整的模型模拟平台，覆盖了DNA分子通过纳米孔的分子动力学模拟，DNA分子的实时电子结构计算以及电学特性模拟等多方面的内容。

　　在随后的模拟和计算中，他提出利用不同核苷酸通过纳米孔时导致的微分电导不同来实现DNA的区分与检测，这一构想能够有效的克服原始方案信噪比过低、出错率较大等缺点，由此大幅提高DNA测序的效率。因此，他的科研文章受到了《应用物理快报》审稿人的高度评价，鉴于这一工作的原创性、新颖性、重要性，《应用物理快报》的编辑将其选为当期的封面文章。