[發明專利]一種納米孔電學傳感器

有效

• 申請號: 201010298015.2
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN101986145A
• 公開（公告）日: 2011-03-16
• 發明（設計）人: 徐明生;陳紅征;施敏敏;吳剛;汪茫
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;C12M1/34;B82B1/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及傳感器，尤其涉及一種納米孔電學傳感器。

背景技術

納米孔(nanopore)能夠在單分子分辨水平探測及表征生物分子如DNA,?RNA及聚肽，潛在的基于納米孔的單分子基因測序技術不需要熒光標記物，不需要PCR反應，有望能直接并快速“讀”出DNA的堿基序列；該測序技術有望大大降低測序成本，實現個性化醫療?；诩{米孔的單分子基因測序技術主要有三種檢測方法：離子封鎖電流(Strand-sequencing?using?ionic?current?blockage)，橫向電子電流（Strand-sequencing?using?transverse?electron?currents），光學信息(Nanopore?sequencing?using?synthetic?DNA?and?optical?readout)。目前制備的納米孔的深度一般大于10?nm，大大超出單鏈DNA堿基間距0.3?-?0.7?nm，也即是孔中同時有15個堿基通過，因此無法達到基因測序的單堿基的分辨率；因此，要達到單堿基的分辨率，必須具備能夠識別單鏈DNA中的單堿基元件。另外，離子封鎖電流只有pA量級，信噪比很低，很難真正用于DNA測序。

由于每個DNA的堿基在結構上和化學上都有所區別，因此每個堿基都可能存在獨特的電子特征，利用這些子特征可能對DNA進行測序。2007年，徐明生等人在Small（Small2007,?3,?1539-1543）上發表“DAN堿基的電子性能(The?electronic?properties?of?DNA?bases)”的論文報道了不同的DNA堿基之間存在電子指紋特征。在2005年，美國加州大學圣迭哥分校的M?Zwolak?等在納米快報(Nano?Letters?2005,?5,?421-424)上發表論文：橫向傳輸的DNA堿基的電子特性（Electronic?signature?of?DNA?nucleotides?via?transverse?transport）?M?Zwolak等通過理論計算認為：當DNA通過納米孔時可以測量DNA堿基的橫向隧道電子電流而對其進行測序。這要求將納米電極集成于納米孔系統，這樣納米電極將記錄在DNA穿越納米孔時產生的與DNA鏈垂直的電流。然而，盡管目前制備納米孔的技術比較成熟，但是，迄今為止還沒有技術方法將具有單堿基分辨率納米電極集成于納米孔系統。另一方面，納米電極與DNA堿基之間的距離以及DNA堿基的取向對隧道電流影響很大，所以必須解決這種由于DNA堿基通過納米孔時由不同的取向而可能導致的對測量信號的影響。2007年，徐明生等人在Small（Small2007,?3,?1539-1543）上發表“DAN堿基的電子性能(The?electronic?properties?of?DNA?bases)”的論文：他們利用超高真空隧道掃描顯微鏡首次在實驗上揭示DNA的四種堿基在單晶Au的表面存在著不同的電子指紋特性，這意味著DNA的四種堿基與電極功能材料之間存在不同的相互作用；因此，利用DNA的四種堿基與納米功能層材料之間的不同相互作用的原理，測量當DNA穿越納米孔時四種不同的堿基與納米功能層材料之間由于不同相互作用而導致的電學特性差異或光學特性差異等有望實現快速、成本低的基因測序。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提出一種納米孔電學傳感器。

實現上述發明目的所采用的技術方案為：一種納米孔電學傳感器，包括從下到上依次層疊的基板、第一絕緣層、納米功能層和第二絕緣層，在基板、第一絕緣層、納米功能層和第二絕緣層的中心設有納米孔，所述納米功能層為中心帶納米孔的薄片狀。納米功能層夾嵌在第一絕緣層和第二絕緣層之間，納米孔周邊為整片的形狀，解決了堿基通過納米孔時可能存在的不同取向問題，保證了DNA四種堿基與納米功能層存在最適當的且不同的相互作用。

作為優選，第一絕緣層上表面、納米功能層邊緣設有電接觸層，有利于納米功能層信號的傳遞。?

作為優選，所述的納米功能層是指其與DNA四種堿基之間存在不同的相互作用的功能材料，當納米功能層與DNA的堿基發生相互作用時，測量由不同的相互作用而導致的電學或其它相關性能的變化及差異而得到DNA序列的信息。