[发明专利]一种纳米孔微流腔及其应用

说明书

本发明提供了一种纳米孔微流腔，所述纳米孔微流腔包括：微流腔，微流腔检测台和密封屏蔽盒，还提供了其应用。本发明提供的纳米孔微流腔制备方法简单，密封性良好，体积足够小，可以将光学测试与电学测试相结合用于进行生物分子检测以及DNA分子测序。

技术领域

本发明属于生物分子探测领域，具体涉及一种兼容光谱测量的纳米孔微流腔及其应用。

背景技术

纳米孔技术着眼于在一种芯片上人工制造出一个纳米级别的小孔，将芯片放在离子液微流腔中，带有纳米孔的衬底将腔体隔绝成为两部分，在两部分腔体中注入离子溶液，在纳米孔的两端连接外接电路，离子溶液中的离子在电场作用下产生定向移动，并且只能通过衬底上的纳米孔从微流腔的一端移向另一端。当有分子通过纳米孔时，会阻塞离子的通过，进而产生不同的离子电流。由于许多生物分子的大小在纳米级别，所以，纳米孔技术可以用于探测生物分子。在医药学方面，纳米孔技术的一个重要应用价值在于单分子探测，如蛋白质，DNA等生物大分子的探测。根据探测得到的离子电流的变化，可以得到生物分子的种类，大小以及序列。单分子探测技术的一个重要发展方向就是纳米孔测序技术，即对组成蛋白质，DNA等生物大分子的基本结构，例如氨基酸，碱基排列序列的探测。其中，DNA分子纳米孔测序技术主要分为生物纳米孔测序技术和固态纳米孔测序技术。生物纳米孔的测序敏感器件是一个具有纳米级别孔径的蛋白质，将其镶嵌在磷脂双分子层中，并且将组装好的，带有纳米孔蛋白的磷脂双分子层装在一个微流腔内，将微流腔分割为两个部分，再在微流腔两侧注入离子溶液并且在一侧注入DNA分子，这样就组装成为一个完整的生物纳米孔测序器件。但是生物纳米孔对于环境的依赖性比较强，稳定性差。与生物纳米孔不同的是，固态纳米孔的测序敏感器件是由无机材料制备出纳米级别孔的测序器件。二维材料如石墨烯，二硫化钼，氮化硼等以及氮化硅常常被转移或者生长在单晶硅衬底上用于制备固态纳米孔。制备好的固态纳米孔芯片可以放在微流腔内，与生物纳米孔类似，固态纳米孔也将微流腔分割为两个部分，在微流腔两侧注入离子溶液，其中一侧注入DNA分子，密封后可用于单分子测序。

微流腔是用来封装纳米孔，以及容纳离子溶液及生物分子的装置。在微流腔上插入电极可以给电解质溶液提供电学信号用于促使生物分子以及离子穿过纳米孔，通过测量离子电流的变化，实现DNA分子单碱基测序。此前常用的微流腔是基于聚醚醚酮(Polyetheretherketone)，聚四氟乙烯(Teflon)等材料制备的。这些材料是一种硬度大，有颜色的固体材料，制备得到的微流腔不仅体积大，而且密封困难，一般只适用于电学信号的测量。由于在电场作用下，DNA分子通过纳米孔的速度过快，电学器件测量带宽的限制使得DNA分子探测技术难以实现单碱基分辨率，具有测量局限性。

为了克服现有技术的局限性，实现DNA分子纳米孔测序技术的单碱基分辨，需要多种探测手段相结合，其中，一种十分重要的探测手段是光学探测的技术。为了将光学探测手段与电学探测手段相结合，用于DNA分子测序技术，这就对用于容纳离子溶液中和DNA分子的微流腔提出新的挑战：为了能够用于光学测量，微流腔整体需要用透明材料制成；由于光学信号的强度随着距离衰减速度过快，所以，为了能够增强光学信号的收集，微流腔表面与纳米孔的距离要尽量小；并且，因为随着探测距离的增加，离子溶液中对信号产生的噪音越大，所以，为了能够降低噪音，纳米孔上下的离子液流体层要尽可能小。

基于以上描述，制备出一种透明的，体积小的，密封性良好的能够用于电学测量以及光学测量相结合的离子液微流腔具有十分重要的意义。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种纳米孔微流腔及其应用。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种纳米孔微流腔，所述纳米孔微流腔包括：

微流腔，用于安装纳米孔芯片；

微流腔检测台，用于安装所述微流腔；和

密封屏蔽盒，用于安装所述微流腔和微流腔检测台；