[发明专利]一种用于单分子测序的螺旋分子与无机氮化硅复合纳米通道的构建方法

说明书

本发明提供一种用于单分子测序的螺旋分子与无机氮化硅复合纳米通道的构建方法，将氮化硅纳米孔芯片预处理除掉表面杂质及电介质击穿形成氮化硅纳米孔后，将得到的氮化硅纳米孔装配在液体池中，flowcell一侧加入含正电或中性的螺旋分子的buffer 2缓冲溶液，另一侧加入空白Buffer 2缓冲液，然后在外加偏压下电泳力及电渗流合力驱动螺旋分子嵌插进入带负电的氮化硅纳米孔，在flowcell两侧电流突然大幅度下降时，形成复合纳米通道，螺旋分子与氮化硅通道以静电方式结合。增大电压并持续施加使嵌入的螺旋结构更牢固。本发明通过原位电压驱动的方式将螺旋分子和氮化硅纳米通道进行组装，得到稳定、长寿命、高信噪比的手性纳米通道。

技术领域

本发明属于复合纳米通道构建技术领域，具体涉及一种用于单分子测序的螺旋分子与无机氮化硅复合纳米通道的构建方法。

背景技术

纳米孔作为第三代测序技术的重要载体，近年来得到了广泛研究，以硅基及二维薄膜材料为主的固态纳米孔和以通道蛋白为主的生物纳米孔已得到了广泛应用，然而固态纳米孔的低重现性和生物纳米孔的低稳定性一直是限制纳米孔技术规模化的重要因素。第三类纳米孔，即无机和有机纳米孔载体材料构建的复合纳米孔，结合了固态纳米孔和生物纳米孔的各自的优势，利于制造且相对稳定，为克服纳米孔载体材料各自的瓶颈提供了新的解决方案。然而该类纳米孔目前相关的研究较少，构建方法也比较有限。

最常见的复合纳米孔的构建方法是通过嵌孔的方式将蛋白纳米通道嵌入到硅基及二维材料通道中，但该方法中蛋白通道的尺寸和性能由蛋白的结构所决定，其可调控性受到限制。Cressiot等人将改性G20c门户蛋白嵌入到氮化硅薄膜中，构建了无脂杂化纳米孔，但其结构在特殊测试环境下的稳定性仍然受到限制。

芳香酰胺手性分子能在溶液相中自发折叠成螺旋结构通道，由于其结构稳定，内穴尺寸和螺旋长度可设计，因此常被用于离子通道，主客体包被及手性诱导。研究表明，类氨基酸螺旋分子作为纳米通道具有良好的离子传输选择性和稳定性，可媲美天然蛋白质通道的性能，是一种优秀的纳米孔材料。更重要的是，通过在螺旋分子骨架上引入特定官能团，可调控纳米通道的性能，拓展其功能性。现有技术中存在利用螺旋分子构建纳米通道的策略在磷脂膜上实现，构建一种人工单分子跨膜通道，可实现高效率的质子和阳离子选择性传输，但该纳米通道的稳定性和寿命仍然受到磷脂双分子层的限制。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明联合无机氮化硅材料的物化稳定性及有机螺旋手性分子的可设计及内腔可调等性质，构筑新型小尺寸类蛋白复合手性纳米通道，形成外表坚固耐用，内表面尺寸和表面性质高度可重现的稳定分析平台，提供一种用于单分子测序的螺旋分子与无机氮化硅复合纳米通道的构建方法。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案实现的：

本发明的目的在于提供一种用于单分子测序的螺旋分子与无机氮化硅复合纳米通道的构建方法，其特征在于，

将氮化硅纳米孔芯片预处理除掉表面杂质及电介质击穿形成氮化硅纳米孔后，将得到的氮化硅纳米孔装配在flowcell中，flowcell一侧加入含螺旋分子的buffer 2缓冲溶液，另一侧加入空白Buffer 2缓冲液，然后在外加偏压下电泳力与电渗合力驱动螺旋分子嵌插进入氮化硅纳米孔，在flowcell两侧电流突然大幅度下降时，形成复合纳米通道，增大电压并持续施加使嵌入的螺旋结构更牢固；所述螺旋分子与氮化硅纳米孔以静电方式结合。

进一步的，复合纳米通道形成时外加偏压为100-200mV，稳固螺旋结构时外加偏压为200-500mV。

进一步的，所述螺旋分子为带正电的或中性螺旋分子，当选用中性螺旋分子且不溶于水时，需要先用螺旋分子质量20-200倍的正电性表面活性剂助溶，并与螺旋分子结合使其荷电，将表面活性剂与螺旋分子以一定比例混合后用buffer2缓冲溶液稀释并加入flowcell的一侧。