[發(fā)明專利]一種制備絕緣基座的模具、方法及基座在分子探測中的應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN110900911B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙新佳;單欣巖;陸興華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院物理研究所
• 主分類號: B29C35/02
• 分類號: B29C35/02;B29C33/30;C12Q1/6869
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11280
• 代理人: 胡強

本發(fā)明涉及生物分子探測領(lǐng)域，具體涉及一種制備絕緣基座的模具，其包括：第一模座布置有至少一個插槽，第一模座遠離插槽的槽口側(cè)的表面上設(shè)有用于容納絕緣粉末的至少一個凹槽，第一模座上還設(shè)有從插槽的槽底延伸至凹槽的插孔；尖錐件被構(gòu)造成能接合至插孔并且尖錐件的尖端部能夠插入凹槽中以使容納在凹槽中的絕緣粉末在熔融固化后能夠在其上形成適形于尖端部的凹孔。本發(fā)明還涉及一種制備絕緣基座的方法以及絕緣基座在分子探測中的應(yīng)用。本發(fā)明的第一模座和尖錐件實現(xiàn)了對絕緣基座的高效制備，模具簡單結(jié)構(gòu)且容易產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)以降低絕緣基座的制造成本，可利用該模具生產(chǎn)的絕緣基座來高效且低成本地制備超薄固態(tài)納米孔器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物分子探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于基于固態(tài)二維材料的下一代DNA測序技術(shù)和分子探測器件。

背景技術(shù)

納米孔是在二維薄膜上直徑為數(shù)納米的小孔器件。基于納米孔的分子探測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對單個分子的探測及對分子結(jié)構(gòu)形貌的分析。納米孔器件主要應(yīng)用于DNA測序。

納米孔器件主要分為生物納米孔和固態(tài)納米孔兩種。生物納米孔由天然蛋白質(zhì)組成。比如，基于MspA的生物納米孔已經(jīng)可以實現(xiàn)堿基序列的測定，但是生物納米孔受環(huán)境影響較大且穩(wěn)定性欠佳，因此，基于無機材料的固態(tài)納米孔是目前研究的熱點。例如，基于二維材料的超薄固態(tài)納米孔已能夠?qū)崿F(xiàn)對不同堿基的分辨，并且在相鄰堿基的辨別方面達到了原子極限。目前，固態(tài)納米孔最大的挑戰(zhàn)在于DNA分子的運動控制還很不理想，尚無法實現(xiàn)有效的單堿基遞進控制運動。另外，固態(tài)納米孔的信號噪聲相對較大，影響了器件的性能。電容是導(dǎo)致納米孔器件存在上述問題的主要原因。目前實驗中使用的固態(tài)納米孔均使用與微加工工藝兼容的單晶硅基座。如在Si(110)表面生長二氧化硅和氮化硅，通過化學(xué)刻蝕(及轉(zhuǎn)移)形成懸空膜，再通過離子束或電子束制備納米孔。這種器件雖然結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，制備工業(yè)也比較成熟，但是由于單晶硅具導(dǎo)電性，其絕緣層厚度僅有幾十納米至數(shù)微米，而其面積則達數(shù)毫米平方，對應(yīng)的電容較大。大電容存在以下負面效應(yīng)：首先，大電容產(chǎn)生的電流噪聲較大；其次，大電容在電壓反饋控制時會產(chǎn)生較大的充電電流，這可能導(dǎo)致控制電路飽和。

已有研究表明，以絕緣材料為基座制備的納米孔器件可以顯著提高探測信噪比。如在絕緣的石英基座上制備的納米孔器件，能夠有效減小電容的影響，從而將離子電流均方根噪聲降低到10pA以下。但是現(xiàn)有的實施這種器件的制備方法需要復(fù)雜的微加工設(shè)備和技術(shù)，成本較高且不利于大范圍應(yīng)用推廣。

基于此，亟需提供一種絕緣基座以制備能夠克服上述缺陷的納米孔器件，此外還提供了制作絕緣基座的方法及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種納米孔基座，借此克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點。

為了完成上述任務(wù)，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制備絕緣基座的模具，其包括：第一模座，所述第一模座布置有至少一個插槽，所述第一模座遠離所述插槽的槽口側(cè)的表面上設(shè)有用于容納絕緣粉末的至少一個凹槽，所述第一模座上還設(shè)有從所述插槽的槽底延伸至所述凹槽的插孔；尖錐件，所述尖錐件被構(gòu)造成能接合至所述插孔并且所述尖錐件的尖端部能夠插入所述凹槽中以使容納在所述凹槽中的絕緣粉末在熔融固化后能夠在其上形成適形于所述尖端部的凹孔；支撐件，所述支撐件具有平坦表面并且被構(gòu)造用于均勻鋪覆上述絕緣粉末，所述第一模座的所述凹槽與所述支撐件共同限定熔融的所述絕緣粉末的固化形狀。

在一個實施例中，所述模具還包括：第二模座，所述第二模座布置有插塊，所述插塊被構(gòu)造成能夠插接至布置在所述插槽兩側(cè)的接合部中以實現(xiàn)所述第一模座和所述第二模座的接合，相鄰所述插塊之間設(shè)置有插合孔；分隔件，所述分隔件被構(gòu)造成通過所述插合孔和所述接合部插接在已組裝的所述第一模座與所述第二模座中并與所述插槽的外壁相貼合以限定熔融的所述絕緣粉末的固化形狀。

優(yōu)選地，多個所述凹槽被構(gòu)造成沿著所述插槽的長度方向間隔布置。

優(yōu)選地，所述第一模座與所述尖錐件由熱膨脹系數(shù)相同或相近的材料制成。