[发明专利]基于毛细管尖端的纳米单孔及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于毛细管尖端的纳米单孔及其制备方法和应用，所述毛细管尖端的内侧壁上具有沉积层，所述沉积层向毛细管外延伸出中空的锥形结构，所述纳米单孔位于所述锥形结构的尖端。本发明的纳米单孔制备方法简单，成本低，单孔尺寸小，结构可控，可作为电化学器件与拉曼光谱联用。在纳米管两端施加偏压，实现了动态拉曼对尺寸较小的单分子的检测，并实现了基于电流和拉曼光谱的单个蛋白质分子的检测，为DNA测序与蛋白测序提供了新方法。

技术领域

本发明属于纳米孔技术领域，具体涉及一种基于毛细管尖端的纳米单孔及其制备方法和应用。

背景技术

纳米孔分析技术在单分子检测上有着极其重要的应用，并有望应用于DNA测序、蛋白质测序。纳米孔单分子电化学检测技术在单分子行为检测上发展快速，但很难直接通过分子或者离子穿过纳米孔的时候产生的离子流特征电信号来准确地判断分子结构信息。特别是在分子尺寸很小的情况下，离子电流堵塞事件也难以被仪器捕捉。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于毛细管尖端的纳米单孔，该纳米单孔孔径可控，可达10nm以下，且毛细管后端为宏观尺寸，方便与各种机械、电子设备结合。当纳米孔是由某些金属构成的等离子体纳米孔时，分析物分子在定向电场的驱动下穿过此等离子体纳米孔，由于表面等离子体增强效应，可生成信号较强的分子动态光谱，实际反映较为精确的分子结构信息。通过这样的动态表面增强拉曼检测，既可实现对于单分子过孔的检测，还能进一步提供分子取向和氧化还原状态等结构信息。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于毛细管尖端的纳米单孔，所述毛细管尖端的内侧壁上具有沉积层，所述沉积层向毛细管外延伸出中空的锥形结构，所述纳米单孔位于所述锥形结构的尖端，优选的，所述单孔的孔径为150nm以下。

优选的，所述锥形结构为金属，更优选的，所述锥形结构为金、银、铜或铂。所述锥形结构与所述沉积层可以是相同或不同的材质。

优选的，所述沉积层的材质为金属，优选的金属为金、银、铜或铂。

所述的毛细管为石英或玻璃毛细管，尾部为宏观尺寸，截面为圆形或多边形，优选圆形。毛细管中可包含引流管。毛细管的总长度为1～15cm，优选2～10cm。毛细管的制备为现有技术，本发明对此不做特别限定。

所述的毛细管尖端直径为20～200nm，优选直径为60nm。

优选的，所述锥形结构的长度为500nm以下。

本发明还提供上述基于毛细管尖端的纳米单孔的制备方法，包括如下步骤：

向内侧壁上具有沉积层的毛细管尖端内注入前驱体的第一溶液，之后将所述毛细管尖端浸入前驱体的第二溶液中，然后对所述毛细管尖端的内、外施加电压，所述前驱体获得电子在所述毛细管尖端生长，形成所述锥形结构，所述纳米单孔位于所述锥形结构的尖端。所述前驱体为可以还原获得目标材质的离子或化合物。所述前驱体的第一溶液和所述前驱体的第二溶液，浓度可以不同也可以相同。

优选的，所述的前驱体为金属离子，优选为金离子、银离子溶液、铜离子或铂离子。

优选的，所述前驱体的第一溶液或所述前驱体的第二溶液的浓度为5～200mM，最优选为100mM。

优选的，所述施加电压的方法为：在所述毛细管尖端的内、外侧溶液中各插入一根电极，之后在两根电极之间通过线性扫描伏安法或者恒电压的电流-时间法施加电压。出现特征的电流降(线性扫描伏安法)或电流急剧减小(恒电压的电流-时间法)后即可停止。

优选的，所述线性扫描伏安法的扫描范围为0～-5V，最优选的扫描范围为0～-1.5V，扫速为2～200mV/s，最优选为5mV/s。