[发明专利]一种基于水相纳米颗粒自组装制备纳米多孔结构的方法及其应用

说明书

本发明涉及一种基于水相纳米颗粒自组装制备纳米多孔结构的方法，包括以下步骤，（1）以毛细管作为支撑体，向毛细管中注入交联剂溶液；（2）将毛细管外管壁或纳米颗粒的表面修饰上正电荷物质；（3）将毛细管浸入纳米颗粒的水溶液中，在支撑体的依托下，纳米颗粒在毛细管上自组装得到纳米多孔结构。本发明的纳米多孔结构制备方法简单，成本低，具有纳米孔径大小可调，方便移动和定位，同时具有拉曼光学活性等优点，应用范围广。

技术领域

本发明属于纳米孔技术领域，是一种以毛细管尖端为支撑体通过单分散的水相纳米颗粒自组装形成纳米多孔结构的方法及其应用。

背景技术

随着微加工技术的快速发展，人工纳米孔的制备成为现实。2001年，Li等人利用高能离子束在Si₃N₄薄膜上制备得到直径为61 nm的孔洞。固态纳米孔在稳定性、电流噪声、工艺集成方面有着显著的优势，大大扩展了纳米孔道技术的研究范围。但其重复性较差，尤其在接近纳米尺度时无法精确控制孔径，同时受限于如今的半导体工艺制造水平，固态纳米孔的制造还较为复杂与昂贵。因此，在探索和改进制备纳米多孔结构的方法是很有必要的。其中在我们在先的专利（中国专利104101630A）中，采用的是在有机相纳米颗粒中合成纳米多孔结构，但有机相存在疏水、有毒以及生物相容性差等局限性，导致了有机相合成的纳米多孔结构无法用于研究蛋白质离子跨膜机制、探索新型DNA测序方法以及制备新型电池等方面。但生物体中重要物质的传输过程往往发生在水相中，如离子通道它在神经传导、能量转换、物质交换以及对外界环境的刺激等能够做出响应，实现了纳米离子孔道的打开或者关闭，从而维持正常的生命活动。因此，实现在水相纳米颗粒中制备纳米多孔结构具有非常重要的意义，可以极大的拓展其应用领域。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种基于水相纳米颗粒自组装制备纳米多孔结构的方法。该方法利用电荷效应，对毛细管外管壁或水相纳米颗粒进行改性，通过对毛细管壁和水相纳米颗粒的表面电荷密度的精确调控，成功实现了在水相纳米颗粒中自组装制备纳米多孔结构。

该方法制备出的纳米多孔结构，在克服了制备固态纳米孔仪器昂贵、重复性较差，在接近纳米尺度时无法精确控制孔径等问题的同时能够实现在水相纳米颗粒中自组装制备纳米多孔结构。

本发明主要通过如下技术方案来实现：

一种基于水相纳米颗粒自组装制备纳米多孔结构的方法，包括以下步骤：

（1）以毛细管作为支撑体，向毛细管中注入交联剂溶液；

（2）将毛细管外管壁或水相纳米颗粒的表面修饰上正电荷物质；

（3）将毛细管浸入水相纳米颗粒的溶液中，在支撑体的依托下，纳米颗粒在毛细管上自组装得到纳米多孔结构。具体而言，第一种方式是对毛细管外管壁进行改性。将注入了交联剂的毛细管外管壁修饰上正电荷物质，最后将其尖端浸入水相纳米颗粒的溶液中，交联剂自尖端沿毛细管外管壁“自上而下”扩散并与纳米颗粒接触和聚集，通过连续自组装过程，最后在毛细管尖端形成外形规整的纳米多孔结构。

第二种方式是对水相纳米颗粒表面电荷进行改性。首先向水相纳米颗粒的溶液中加入一定量的正电荷物质，对纳米颗粒表面电荷进行改性，提高其表面电势。随后将注入了交联剂的毛细管的尖端浸入表面电荷已经改性的水相纳米颗粒的溶液中，交联剂自尖端沿毛细管外管壁“自上而下”扩散并与纳米颗粒接触和聚集，通过连续自组装过程，最后在毛细管尖端形成外形规整的纳米多孔结构。

所述的支撑体为玻璃毛细管或石英毛细管，其中玻璃毛细管制备方法简单，操作简易，可控性较好，同时因其本身具有亲水性质，适宜用在水相环境。

上述毛细管形状为圆形，但不限制为圆形，可以为方形、三角形等；毛细管中可包含引流管，但不限制为必须有流管的毛细管。此外，毛细管仅在尖端为纳米级，其尾部为宏观尺寸，总长度为几毫米到十几厘米。毛细管的制备为现有技术，本发明对此不作特别限定。