[发明专利]环状纳米孔道及其制备和测试方法

说明书

本发明公开了环状纳米孔道及其制备和测试方法。向纳米孔道基底的孔道内部注入电解质溶液，并将该纳米孔道基底置于相同的电解质溶液环境中，将温度调节至所述电解质溶液的结冰点以下并静置一定时间，使得所述纳米孔道基底处于完全冷冻状态，以在纳米孔道基底的孔道内填充电解质溶液冰晶体；随后对处于完全冷冻状态的纳米孔道基底进行缓慢升温，升温同时检测孔道内部电流变化，升温至电流激增点时，电解质溶液冰晶体在与纳米孔道基底的接触面形成准液体层，准液体层构成所述环状纳米孔道。

技术领域

本发明属于纳米结构技术领域，具体涉及新型的复合环状纳米孔道的制备及测试。

背景技术

纳米孔道，又称纳米孔、纳米通道等，通常而言，纳米孔道可分为两类：生物纳米孔道和固态纳米孔道。与生物纳米孔道相比，固态纳米孔道形状和尺寸可控，并且具有很高的精度。此外，固态纳米孔道机械强度高，环境适应性强，能够与许多光学和电子技术连用解决实际问题。至今，科学家已经研发出多种加工和制备人造固态纳米孔道的方法，例如通过聚焦电子束、电化学刻蚀和化学离子径迹刻蚀等，制备得到的纳米孔具有尺寸可控，形状可设计和成本较低等优点。固态纳米孔道分为生物材料、无机材料、有机材料以及复合材料，其形状包括锥形、圆柱形、子弹形等，目前已有相关报道利用多种物理或化学方法，将不同材料制备成不同形态的纳米孔道，但是环状纳米孔道相关的研究仍未深入展开。

纳米孔道器件具有纳米多孔结构和易于修饰的表/界面，在DNA测序、单分子传感、能源储存与转换、电压门控离子孔道等方面显示出了巨大的应用前景。当纳米孔道的孔径结构、表面电荷分布和体相电解质浓度等具有不对称性时，会产生一种类似于二极管的单向离子传输特性，称为离子电流整流(Ionic current rectification，ICR)。影响离子电流整流性质的关键因素是表面电荷分布和孔道结构的不对称性。目前，离子整流已被广泛应用于微流体电路、纳米孔传感器和能量转换装置的研究中。

CN102320564A公开了一种基于钨针尖和厚壁玻璃管的纳米孔的制备方法。该方法是采用模板法制备玻璃纳米孔，包括以下步骤：1)制备钨针尖；2)玻璃管包封钨针尖，制备钨纳米盘电极；3)刻蚀包封的钨针尖，制得玻璃纳米孔。该发明提供了一种系统制备纳米孔的方法，程序简单易于操作，但缺点在于制备完成后，纳米孔道孔径不可调。

CN110031517A涉及一种复合玻璃纳米孔道的制备方法及其在生物分子检测中的应用，利用玻璃拉制仪拉制玻璃纳米孔道，然后通过纳米孔的毛细管现象将插有单壁碳纳米管的磷脂修饰在玻璃纳米孔道中。该发明可以通过复合玻璃纳米孔道特异性对不同生物大分子的电流信号的改变进行测量，适用于检测其他不同的目标分子，具有普适性，缺点是没有考虑低温环境对纳米孔检测生物分子的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了环状纳米孔道及其制备和测试方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种环状纳米孔道，在纳米孔道基底的孔道内填充有电解质溶液冰晶体，在特定温度下，所述电解质溶液冰晶体在与所述纳米孔道基底的接触面形成准液体层，所述准液体层构成所述环状纳米孔道。离子可在所述环状纳米孔道中进行快速传输。

进一步地，所述的纳米孔道基底设有单个纳米孔道或多个纳米孔道。

优选地，所述的纳米孔道基底的材料包括无机材料或有机高分子材料；所述无机材料例如包括玻璃、硅材料、氧化铝或石墨烯中的至少一种；所述有机高分子材料例如包括聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚吡咯或聚苯胺等中的至少一种。即所述纳米孔道基底例如为玻璃纳米孔道、硅材料纳米孔道、氧化铝纳米孔道、石墨烯纳米孔道或有机高分子纳米孔道等。