[发明专利]毛细管尖端的共价有机纳米片复合结构及制备方法和应用

说明书

本发明公开一种毛细管尖端的共价有机纳米片复合结构及其制备方法和应用。所述复合结构包括毛细管和盖于所述毛细管的尖端的共价有机纳米片，所述共价有机纳米片为单分散的多孔二维薄片，所述毛细管的尖端与所述共价有机纳米片之间通过连接剂连接。该复合结构具有原子级可控的孔道结构。该结构制备方法简单，成本低，操作方便，结构可控性强，集合电化学分析技术，实现对生物分子过孔行为的高灵敏追踪以及单分子级别的电化学传感，为二维纳米孔研究提供了新的思路，解决了二维纳米孔孔径不可控，制备复杂，稳定性差的问题，在纳米孔电分析领域具有较大的发展潜力。

技术领域

本发明属于纳米孔技术领域和电化学传感领域，具体涉及一种毛细管尖端的小孔径共价有机纳米片(CONs)复合结构及其制备方法和应用。

背景技术

在过去的20年里，固态纳米孔作为物理和化学上通用的传感器被开发出来，它模拟生物通道，通过这种通道，生物分子的运输和测序已经被证明。特别令人感兴趣的是使用二维(2D)材料作为纳米孔基底，因为这些材料在理论上可以提供最高分辨率的读数以及通过其有趣的电子特性进行电子多路读出的机会。已经有报道显示使用石墨烯或MoS₂等固态纳米孔实现了DNA、多肽或蛋白质的单分子分析，但其仍然存在分子过孔速度快、打孔不均一、空间分辨率差等局限性。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种毛细管尖端的CONs复合结构及其制备方法和应用。共价有机纳米片(CONs)具有稳定的孔道结构和良好的化学稳定性，同时，申请人发现，CONs与DNA分子之间存在着强相互作用，能够显著降低DNA分子过孔速度，从而实现更高分辨率的检测。基于此，本发明利用具有物质传输特性的毛细管技术作为支撑，将具有稳定孔径结构的2D共价有机框架纳米片与毛细管组装，成功实现了对分子过孔行为的高灵敏追踪以及单分子级别的电化学传感。

上述技术目的通过如下技术方案来实现：

一种毛细管尖端的共价有机纳米片复合结构，所述复合结构包括毛细管和盖于所述毛细管的尖端的共价有机纳米片，所述共价有机纳米片为单分散的多孔二维薄片，所述毛细管的尖端与所述共价有机纳米片之间通过连接剂连接。

优选的，所述共价有机纳米片覆盖整个所述毛细管的尖端。

优选的，所述共价有机纳米片的孔径为1.1～1.5nm。

优选的，所述共价有机纳米片为ETBC-ETTA-CONs、ETTC-ETTA-CONs或ETBC-TABE-CONs。ETBC-ETTA-CONs具有式I所示的结构单元，ETTC-ETTA-CONs具有式II所示的结构单元，ETBC-TABE-CONs具有式III所示的结构单元：

优选的，所述毛细管为玻璃或石英材质。

优选的，所述毛细管的截面为圆形或多边形，优选圆形。毛细管中可包含引流管。

优选的，所述毛细管的尖端为纳米级，尾部为宏观尺寸。

优选的，所述毛细管的总长度为1～15cm，优选2～10cm。毛细管的制备为现有技术，本发明对此不作特别限定。

优选的，所述毛细管的尖端的直径为5～25nm，优选的直径为5nm，在优选的条件下，CONs与DNA分子之间的相互作用更强，对通过的DNA分子过孔速度显著降低，能够分辨不同碱基过孔电流的区别。

优选的，所述连接剂为具有两亲性的分子，更优选为十六烷基三甲基溴化铵、四正辛基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵，最优选为十六烷基三甲基溴化铵。

连接剂的亲水端与毛细管壁相连，疏水端与有机纳米片相连，从而在毛细管尖端形成共价有机纳米片封盖。

本发明还提供上述毛细管尖端的共价有机纳米片复合结构的制备方法，包括如下步骤：