日前，微電子所納米加工與新器件集成技術研究室（三室）博士后何毓輝基于納電子的DNA測序科研文章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)（《應用物理快報》2010年97卷第4期）選為封面文章。
《應用物理快報》封面
近年來，生物技術的迅速發展，基因測序和相應的基因藥物引起廣泛注意。隨著科學家提出人類基因組計劃，如何實現個人基因組的快速、廉價測序，成為了一個有著重大應用意義的課題。當下，微納電子加工技術進入到納米精度，而這正是DNA分子的直徑尺度。于是人們很自然的想到利用納電子技術實現DNA的檢測。
美國科學家提出基于納電子技術的DNA測序構想，即利用核苷酸上不同堿基的電子結構不同。DNA分子是帶電的大分子，在縱向電場的驅動下，將游動通過納米孔。在此期間，同時測量納米孔里橫向的隧穿電流，如前所述，不同核苷酸的堿基電子結構不同，由此導致的橫向電學特性也不同，據此可以判斷出正在通過的是哪一種核苷酸，并設計了裝置如下圖：
圖(a)：一個單鏈DNA在縱向電場的驅動下，游動通過一個納米孔
圖(b)：利用分子動力學模擬軟件，在Van De Waals繪景中做出的器件圖，其中納米孔是氮化硅-金電極-氮化硅的三明治結構，中間的金電極用于測量DNA通過時的橫向隧穿電流，兩端的絕緣氮化硅材料用于把金電極跟水溶液隔離開來，游動在納米孔中的是單鏈DNA分子，紅白相間的小顆粒是水分子，間雜其中的是氯離子和鉀離子。整個測序必須在常溫下的溶液環境中完成。
這一原始方案提出后，引起了學術界和工業界的極大興趣，IBM等世界頂級高科技公司，都開始投入人力、財力研究這一測序方案。該方案雖然很有吸引力，但無論是定量的理論計算、預測，還是實際的實驗實現，都面臨非常多困難。
微電子所納米加工與新器件集成技術研究室（三室）博士后何毓輝在導師劉明研究員的指導下，從2009年博士后進站開始從事納電子DNA測序方面的研究。在研究室的大力支持下，何毓輝成功搭建起了一套完整的模型模擬平臺，覆蓋了DNA分子通過納米孔的分子動力學模擬，DNA分子的實時電子結構計算以及電學特性模擬等多方面的內容。
在隨后的模擬和計算中，他提出利用不同核苷酸通過納米孔時導致的微分電導不同來實現DNA的區分與檢測，這一構想能夠有效的克服原始方案信噪比過低、出錯率較大等缺點，由此大幅提高DNA測序的效率。因此，他的科研文章受到了《應用物理快報》審稿人的高度評價，鑒于這一工作的原創性、新穎性、重要性，《應用物理快報》的編輯將其選為當期的封面文章。
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