[发明专利]石墨烯电镜载网的制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯电镜载网的制备方法，其包括铺烃类混合物的步骤，在金属基底上形成的石墨烯膜的表面至少部分地铺上烃类混合物；石墨烯膜转移到电镜载网的步骤，去除金属基底，将铺有烃类混合物的石墨烯膜转移到电镜载网上，获得烃类混合物‑石墨烯膜‑电镜载网结构；去除烃类混合物的步骤，采用有机溶剂清洗烃类混合物‑石墨烯膜‑电镜载网结构，以去除烃类混合物，得到石墨烯电镜载网。

技术领域

本发明属于结构生物学领域，涉及一种石墨烯电镜载网的制备方法，其利用烃类混合物将石墨烯转移到电镜载网上，以应用于冷冻电镜制样获得高分辨率生物样品结构。

背景技术

近年来，随着直接电子检测相机的发明以及三维重构算法的发展，单颗粒冷冻电镜技术对生物大分子结构的解析已经能够达到原子分辨率，极大地推动了我们从原子尺度上对于生命现象的理解，和药物研发优化进程。然而，样品制备仍然是限制生物样品结构解析进一步发展的主要瓶颈之一。目前常用的样品制备方法是将含有生物大分子的溶液滴加到电镜载网上，然后用滤纸夹吸去除大部分溶液，留下薄薄一层水膜，最后迅速冷冻。电镜载网是金属材质，如铜、金和镍等，上面覆盖有一层多孔碳膜。使用这种载网制备冷冻样品时，生物样品容易吸附到气液界面，从而导致样品变性或者产生严重的优势取向。另外，不可控的冰层厚度以及碳支撑膜的背景噪音使得分子量较小的生物大分子的结构解析困难重重。为了解决这些问题，一些课题组开始尝试使用石墨烯或者石墨烯衍生物来作为样品支撑膜，开发新型石墨烯载网。

石墨烯是一种碳原子通过sp²杂化成键连接起来的二维材料，高导电/热，机械强度大。另外，石墨烯膜厚度很薄，单层石墨烯膜仅有0.34nm，电子束通透性很好，背景噪音极低。目前常用的石墨烯是通过化学气相沉积(CVD)方法生长在铜箔表面，然后通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等高分子介质转移到电镜载网上。这种转移方法，操作复杂，并且非常容易引入污染，难以制备高洁净度的石墨烯电镜载网。

此外，在其他的领域中，例如半导体设备制造领域中，也提出了如下技术路线：为避免使用PMMA等介质转移石墨烯后，石墨烯表面残留介质，导致石墨烯器件的性能降低，因此，引用文献1公开了一种小分子转移石墨烯的方法，其将液态石蜡旋涂到有石墨烯的铜片上，将铜片腐蚀掉，转移到目标基底上，得到石蜡/石墨烯膜/基底复合层，将复合层通过加热到150～250℃保温1～3h的退火处理去除石蜡层。

总之，对于适用于冷冻电子显微镜技术的石墨烯电镜载网，仍有待开发更有效的石墨烯电镜载网的转移方法，保证安全性、经济性的同时，还能保证良好的覆盖度和洁净程度，在保持石墨烯所有优良特性的前提下，得到的石墨烯载网为单层覆盖，并可以批量化生成。

引用文献

引用文献1：CN106477570A

发明内容

发明要解决的问题

由于石墨烯作为一种二维碳纳米材料，具有优异光学、电学和力学特性，导电性佳、机械性能强、均匀性好并且仅有0.34nm厚度，可以部分甚至完全消除目前电镜载网存在的背景噪音强、导电性差、大分子分布于气液界面等问题。但是如何将石墨烯成功高效转移到电镜载网上，得到单层、平整且洁净度高的石墨烯载网一直是限制其大规模应用于结构生物学领域的重要因素。PMMA是石墨烯转移使用最多的介质，其高分子聚合物的本质导致其去除过程相对较麻烦，在不破坏完整度情况下难以得到高度洁净的石墨烯膜，氧化石墨烯载网制备方法虽相对简便，但氧化石墨烯层与层之间存在较多官能团，层间距较大，会额外增加背景噪音且无法保证石墨烯本身优异的电学性能。