[发明专利]一种基于隧穿电极的生物分子检测方法

说明书

本发明公开了一种基于隧穿电极检测生物分子的方法，属于纳米器件和生物传感技术领域。所述检测方法包括：(1)在纳米移液器尖端或硅片上制备具有纳米间隙的隧穿电极对，修饰与待测生物分子相互作用的修饰物，制得功能化隧穿电极；(2)将待测生物分子结合于功能化隧穿电极上，再置于与待测生物分子发生反应的溶液中，或者直接将功能化隧穿电极置于含有待测生物分子的溶液中，采用电流计实时检测隧穿电流信号，通过分析电流信号进而分析待测生物分子的分子结构或分子行为。本发明提供了一种新型单分子传感器，将功能化处理后的隧穿电极与生物分子相结合，为在分子水平上了解生物分子组学提供了无限的机会，可用于各种化学和生化应用。

技术领域

本发明属于纳米器件和生物传感技术领域，具体涉及一种基于隧穿电极检测生物分子的方法。

背景技术

分子生物电子学研究的核心是构建纳米级的生物分子实验平台，允许在生物分子内进行电子信号传导。蛋白质、核酸等生物分子具有多样化的分子识别能力，并且在特定情况下，容易发生电子隧穿，因此将蛋白质等生物分子集成到纳米电子器件中一直是众多生物传感应用的追求目标。特别是，理解和操纵蛋白质介导的电荷传输在电化学过程、隧道检测以及最终在下一代生物电子设备的合理设计中具有根本重要性。

通常，生物分子介导的隧穿电子传输依赖于一对紧密间隔、小于5nm间隙的电极之间的生物分子捕获，可以通过测量所连接的隧穿电极上的电流响应作为监测生物分子行为的表征。早期的研究证明了具有氧化还原活性的蛋白质分子可以控制通过蛋白质的电荷传输过程，能够作为微/纳米分子电子电路的活性成分。天青蛋白和细胞色素C(Cyt C)已经被广泛利用，并通过调节其氧化还原特性来呈现独特的分子生物电子学行为。然而，电子电荷传输的特性受生物分子结构、电极-生物分子界面和能级排列的影响，所有这些都会影响器件的性能。

单分子高精度的生物分子监测的关键在于设计和制造稳定、可重复且可控的探针。在这一方面，众多科研工作者付出了大量努力。最常用的方法是采用近端探针技术，包括扫描探针显微镜、机械形成的断裂连接和光刻形成的纳米间隙。例如，最常见的扫描隧道显微镜断裂结(STM-BJ)能够在原子级尖锐的针尖和导电表面之间形成间隙。先进的光刻方法，例如机械可控断裂结(MCBJ)，可以更大规模地制造，电极间隙大小可以轻松调整。然而，上述两种方法应用于检测生物分子电导，受到许多限制，例如：单个生物分子连接的重现性和稳定性仍然具有挑战性，以蛋白质为例，大多数探针技术主要依赖于使用处于基本干燥状态的单层氧化还原活性蛋白质，很少有人在溶液中进行研究，这阻碍了在实际样本中的进一步应用。其次，STM-BJ等技术无法独立使用于实际环境。同时，传统方法制造的纳米电极所产生的过大的漏电流通常会导致分子信号淹没在背景电流中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于隧穿电极的生物分子检测方法，将电子隧穿和生物分子修饰等技术相结合，制备性能优良的隧穿电极，应用于包括DNA、RNA、蛋白质、糖等多种生物分子在内的检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种基于隧穿电极的生物分子检测方法，包括以下步骤：

(1)在纳米移液器尖端或硅片上制备具有纳米间隙的隧穿电极对，再于隧穿电极对表面修饰能够与待测生物分子相互作用的修饰物，制得功能化隧穿电极；

(2)将待测生物分子与所述修饰物相互作用结合于功能化隧穿电极上，再置于含有与待测生物分子发生反应的物质溶液中，或者直接将功能化隧穿电极置于含有待测生物分子的溶液中，采用电流计实时检测隧穿电流信号，获得生物分子对应的隧穿电流信号，通过分析电流信号进而分析待测生物分子的分子结构或分子行为。

本发明通过在隧穿电极对表面进行功能化修饰，修饰物与待测生物分子相互作用，使得待测生物分子与隧穿电极对结合，通过不同偏压条件下持续监测隧穿电流信号，可以分析出单个生物分子的生物电子学行为或是分子结构。

所述待测生物分子包括蛋白质、DNA、RNA、糖。