[發明專利]在納米孔表面和孔內制備納米間隙電極的方法

有效

• 申請號: 201110285898.8
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102445480A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 葉曉峰;劉麗萍;吳宏文;孔婧琳;陸祖宏;劉全俊;易紅
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;B82Y40/00;B82Y15/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 周靜

技術領域

本發明涉及一種在納米孔表面和孔內制備納米間隙電極的方法。?

背景技術

納米孔用于生物分子的檢測就是通過電泳，驅動一個生物分子穿過一個直徑為幾納米數量級的小孔。1996年，Kasianowicz及其同事首次報道了單鏈DNA或RNA在電場作用下通過自組裝在脂質雙分子層上的α-溶血素納米孔，并且在DNA分子通過孔時改變納米孔的電導，引起電流變化，從而產生了阻塞電流(blockade?current)的現象。由于不同的堿基具有不同的原子組成，所以他們在穿過納米孔時會產生的阻塞電流大小不同，根據可檢測到的信號可以區分出四種不同的堿基A、T、C、G，從而獲得了DNA或者RNA分子的序列信息，可以實現直接、快速的檢測單鏈DNA或RNA分子堿基的方法[Branton?D，et?al.，Nature?Biotechnol.2008，26，1146-1153；Deamer?D?W，Branton?D.Acc?Chem?Res.2002，35，817-825]。這種檢測的方法較前兩代檢測方法具有更快的檢測速度，更低的檢測成本，是一種極具吸引力的新研究方向，也是達到低成本測序目標的新技術之一，此方法一經報道立刻引起了界內的廣泛注視，大量的研究者也投入到此項技術發展的研究中來。?

由于生物納米孔需要組裝在脂質雙分子層膜上才能使用，脂質雙分子層膜的化學穩定性很差，不易保存等缺點使得研究人員考慮到用其他材料代替生物的納米孔以克服其存在的固有缺點。于是在2001年Li.et.al等人[Li?J，et?al.Nature，2001，412，166-169]率先利用自行改裝的帶離子束反饋監測控制系統的聚焦離子束工作站，實現了Si₃N₄薄膜上1.8nm的納米孔可靠制備。這個工作的完成，開啟固態納米孔(solid-state?nanopore)研究的先河。固態納米孔相對于生物納米孔來說具有更易保存，化學穩定性好，孔徑尺寸以及通道長度可控等優勢，因此成為近幾年納米孔研究中的熱點。?

然而，由于當前制備材料的穩定性及絕緣性、加工工藝、納米雕刻技術的限制，現在的固態納米孔的長度還無法達到單個核苷酸的長度(＜0.4nm)，所以一條鏈穿過納米孔的過程中，多個核苷酸將同時阻塞在孔內引起電流的變化，受限于這些因素暫時還無法單純地依靠檢測縱向的阻塞電流的變化，來實現DNA的單堿基測序。?

基于量子隧道效應產生的橫向隧道電流可以很好地彌補這一點，這就需要通過納米間隙電極來測得。在兩個電極之間加上一定的電壓，當兩個電極的間距達到納米尺度時，由于量子隧道效應會有少量的電子通過，從一個電極到達另一個電極，從而形成隧道電流。隧道電流的大小與兩電極之間的間距有關，間距每改變0.1nm，電流就會增大數十倍。?

在納米孔孔內制備上納米間隙電極，在納米孔檢測大分子過孔產生阻塞電流的同時，納米間隙電極測量大分子過孔時在橫向產生的隧道電流的大小，從而實現二維雙通道同時檢測?分子過孔的信號變化，提高納米孔測序的精確度。?

發明內容

本發明提供一種在納米孔表面和孔內制備納米間隙電極的方法，可以實現二維雙通道同時檢測分子過孔的信號變化，提高納米孔測序的精確度。?

所述在納米孔表面制備納米間隙電極的方法是：在基材表面形成線寬度為微米級金屬線，將金屬線刻蝕成線寬度為納米級，然后在對應于納米級線寬的金屬線位置，在基材上刻蝕出貫穿的納米孔，同時蝕斷金屬線，從而直接在納米孔孔口形成表面納米間隙電極。需要說明的是，此處金屬線的蝕斷和納米孔的刻蝕在實際操作中并不是同時發生，前述的“同時”是指，由于金屬線的線寬度為納米級，因此，只需要一步刻蝕步驟就可以達到刻蝕納米孔和蝕斷金屬線的目的，形成納米間隙電極和形成納米孔無需分步驟操作。?

優選，使用聚焦電子束將金屬線刻蝕成線寬度為納米級。?

優選，使用聚焦電子束、高能電子束或直接控制AFM的針尖在金屬線上刻蝕出納米間隙。?

作為本發明的改進，在基材表面形成線寬度為微米級金屬線，將金屬線刻蝕至線寬度為10-50nm，然后在金屬線上刻蝕，形成兩個相對的電極，并在基材上對應于納米間隙的位置刻蝕出貫穿的納米孔，最后使金屬線向納米孔邊緣生長，從而在納米孔孔口形成間距為1-1onm的表面納米間隙電極。優選的方案如下所示：?