[發(fā)明專利]一種基于納米孔的實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210337413.3
• 申請(qǐng)日: 2022-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114705743A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 古志遠(yuǎn);殷云棟;楊磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/416
• 分類號(hào): G01N27/416
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發(fā)明公開(kāi)一種基于納米孔的實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)裝置包括：操作單元，包括兩彈性墊片、緊密貼合于兩彈性墊片之間的基板，每一彈性墊片開(kāi)設(shè)貫穿彈性墊片的通孔，基板具有氮化硅片，兩通孔分別暴露氮化硅片兩側(cè)表面，氮化硅片開(kāi)設(shè)前后貫穿氮化硅片的納米孔；第一液池，具有第一容置腔；第二液池，具有第二容置腔，操作單元豎向夾緊于第一液池的開(kāi)口與第二液池的開(kāi)口之間，通過(guò)卡箍夾緊第一液池與第二液池外側(cè)以使操作單元分隔第一容置腔與第二容置腔，第一容置腔容置有第一溶液，第二容置腔容置有第二溶液；調(diào)節(jié)裝置，設(shè)于第一液池與第二液池之間，用于進(jìn)行基于納米孔的實(shí)驗(yàn)裝置重復(fù)拆裝實(shí)驗(yàn)及單分子穿孔檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米孔制備及使用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于納米孔的實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

納米孔技術(shù)是一項(xiàng)新興的孔傳感分析技術(shù)，具有高通量、低成本、長(zhǎng)讀取等優(yōu)點(diǎn)，在DNA測(cè)序、蛋白測(cè)序以及生物標(biāo)記物的檢測(cè)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。納米孔技術(shù)的檢測(cè)原理基于庫(kù)爾特計(jì)數(shù)器，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，帶電荷的分析物在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下穿納米孔而過(guò)，在穿孔時(shí)會(huì)占據(jù)納米孔部分體積從而導(dǎo)致離子電流瞬間下降；離子電流的變化可以反映分析物的尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀等基本物理信息。

納米孔可分為兩大類：生物納米孔和固態(tài)納米孔。近年來(lái)，固態(tài)納米孔因其孔徑可調(diào)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。在固態(tài)納米孔的制備方面主要有兩類方法：一類是利用電鏡通過(guò)高能粒子束轟擊氮化硅薄膜制得納米孔，包括聚焦離子束法(FIB)和透射電鏡法(TEM)。FIB方法是將鎵離子高能加速轟擊氮化硅薄膜制備納米孔，由于鎵離子尺寸較大，F(xiàn)IB法制備的納米孔孔徑尺度為10nm；TEM法原理與FIB法類似，不同之處是TEM法采用電子束轟擊，由于電子尺寸更小，TEM法制備的氮化硅孔尺度可達(dá)2nm。另一類是電擊穿法，具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單、原位打孔等優(yōu)點(diǎn)，可以制備10nm以下的氮化硅孔。

然而，無(wú)論是粒子束轟擊法還是電擊穿法制備的氮化硅納米孔，在拆除夾持裝置之后由于無(wú)法復(fù)原夾持條件，很難再次使用；面對(duì)高昂的耗材成本和亟待提高的實(shí)驗(yàn)可重復(fù)率，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：提供一種基于納米孔的實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，用于解決納米孔常規(guī)制備時(shí)，氮化硅片易碎裂、易漏液從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)可重復(fù)率低、同一氮化硅納米孔不能重復(fù)使用的問(wèn)題。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種基于納米孔的實(shí)驗(yàn)裝置，包括：操作單元，包括兩彈性墊片、夾設(shè)于兩彈性墊片之間的基板，每一彈性墊片開(kāi)設(shè)有前后貫穿該彈性墊片的一通孔，基板兩側(cè)表面分別緊密貼合于兩彈性墊片，基板具有前后貫穿該基板的一窗口且窗口承載有與該基板平行的一氮化硅片，兩通孔分別暴露氮化硅片兩側(cè)表面，氮化硅片上開(kāi)設(shè)有前后貫穿該氮化硅片的一納米孔；第一液池，具有一第一容置腔；第二液池，具有一第二容置腔，第一液池與第二液池的相對(duì)側(cè)分別具有一開(kāi)口，操作單元豎向夾緊于第一液池的開(kāi)口與第二液池的開(kāi)口之間且通過(guò)一卡箍夾緊第一液池及第二液池的外側(cè)表面以使操作單元分隔第一容置腔與第二容置腔，第一容置腔容置有第一溶液，第二容置腔容置有第二溶液；調(diào)節(jié)裝置，設(shè)于第一液池與第二液池之間，用于進(jìn)行基于納米孔的該實(shí)驗(yàn)裝置重復(fù)拆裝實(shí)驗(yàn)，以檢測(cè)該實(shí)驗(yàn)裝置每次的實(shí)驗(yàn)電流是否發(fā)生偏差，并進(jìn)行基于納米孔的單分子穿孔檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證制備的該納米孔合格。

進(jìn)一步的，調(diào)節(jié)裝置還用于產(chǎn)生電流以在氮化硅片上制備前后貫穿該氮化硅片的一納米孔；其中，第一溶液、第二溶液均為電解質(zhì)溶液；納米孔的孔徑為：其中，G為納米孔的電導(dǎo)，σ為電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，t為氮化硅片的厚度，d為納米孔的孔徑，且納米孔的孔徑等于一預(yù)設(shè)閾值。

進(jìn)一步的，調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)于第一溶液內(nèi)的第一電極、設(shè)于第二溶液內(nèi)的第二電極、連接于第一電極與第二電極之間用于控制調(diào)節(jié)裝置的電壓及電流的電表。

進(jìn)一步的，氮化硅片的厚度范圍為10nm至14nm；

進(jìn)一步的，兩通孔中心與納米孔中心位于同一水平線。