CN1987459B - 生物传感器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种纳米材料技术领域的生物传感器的制作方法，步骤为：①石英管拉伸：将空心石英玻璃棒拉伸，拉细后冷却到室温，再在其外部石英玻璃棒加温继续拉伸，反复拉伸，得到空心内径达到1—3nm、外径在mm级的中间材料；②切片：将上述中间材料固定于切片机上，用激光刀垂直于中间材料纵轴方向切割，切割出0.5-50μm厚的薄膜；③研磨：将薄膜加贴到玻璃基底上，进行研磨和纳米抛光，直至将薄膜研磨到0.2μm厚；④薄膜转移：将步骤③获得的薄膜从玻璃基底上取下固定到固相支持物上，或直接将步骤②获得的薄膜固相支持物上，将薄膜四周密封，获得传感器。本发明克服了以往纳米孔不规则的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米材料技术领域的方法，具体是一种生物传感器的制作方法。
背景技术
生物的原生质体膜上存在着天然的蛋白质孔洞，可以进行胞内和胞外的离子交换，用膜片钳能够检测离子流动情况，用α溶血素侵染双脂膜形成一种两侧不对称的蛋白质纳米孔，也可用于离子流的检测，目前大量用于核酸和单链脱氧核酸(统称核酸)穿孔的动力学研究，检测核酸分子片段的大小，还有测定它们碱基序列的潜力，但由于这种纳米孔是蛋白质在双脂膜上形成的孔，容易老化、不能耐受较高的电压、通透性受pH和盐浓度影响较大、还可能存在与核酸互作位点，在有效的电场强度下，核酸通过纳米孔的速度太快，超出了当前膜片钳的分辨率(1个电信号/毫秒)，不能准确记载各个碱基的电信号，虽然通过调节电泳液组分等己将核酸的穿孔速度降至3nt/微秒，但仍超出了仪器分辨率3个数量级，这些都使纳米孔测序变得复杂化。为了克服蛋白孔存在的天然缺陷，人们用离子束、电子束刻蚀或溅射、重离子穿孔+化学蚀刻、聚合物薄膜扎孔以及低密度商业膜+镀金等制作固体膜，但孔的三维尺度不可控，很不规则，所以如何制作尺度可控的纳米孔，成了提高检测带电分子如核酸等电信号准确性的关键。
经过对现有技术的文献检索发现，Sun，L.和Crooks，R.M.在((Journal of theAmerican Chemical Society》(《美国化学协会杂志》，2000年第122卷第12340-12345页)发表了题为“Single carbon nanotube membranes：A well-defined model forstudying mass transport through nanoporousmaterials.”(“单碳纳米管膜：供大量穿越纳米孔材料研究的精准模型”)的文章，报道了其研究结果，他们将多壁碳纳米管包埋于环氧树脂中，再垂直于纳米管方向切割成薄片，获得了单孔直径153nm、厚度(孔深)660nm的薄膜，但这种纳米元件的直径太大，只能用于直径在100nm的聚苯乙烯颗粒的检测，而不能直接用于检测离子或直径较小的带电分子如核酸穿孔动力学研究。
发明内容
本发明在于克服现有技术的不足，提供一种生物传感器的制作方法，即采用空心石英玻璃棒拉伸制作生物传感器，所得传感器中有一个直径和深度可控的纳米孔，使其克服了以往纳米孔不规则的问题，能直接用于检测离子或直径较小的带电分子如核酸的穿孔动力学研究。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括如下步骤：
①石英管拉伸：购置商业空心(内径在μm-mm级)石英玻璃棒，在1000-1200℃下拉伸，拉细后冷却到室温，再在其外部套空心石英玻璃棒，加温到1000-1200℃后继续拉伸，由于石英管的空心初始内径为已知，这样反复拉伸，可得到空心内径达到1-3nm、外径在mm级的中间材料，至此，实现对直径的控制。
②切片：将上述中间材料固定于切片机上，用激光刀垂直于中间材料纵轴方向厚度按0.5-50μm切割，获得薄膜。
③研磨：将薄膜加贴到玻璃基底上，进行研磨和纳米抛光，可以将薄膜研磨到约0.2μm厚，在50μm以内实现对孔深的控制。
④薄膜转移与固定：将步骤③获得的薄膜从玻璃基底上取下固定到固相支持物上，或直接将步骤②获得的薄膜固定到固相支持物上，将薄膜四周密封，获得便于手工操作的传感器；所述的固相支持物，为中间有直径在2-10μm小孔的矩形或圆形玻璃或胶木，厚度在mm级，边长或直径在mm-cm级，固相支持物的小孔覆盖纳米孔。
所得的传感器中有单一的纳米孔，孔径在1-3nm，孔深在0.2-50μm。
用本发明方法制备的传感器中的纳米孔为规则的筒形，孔径可控制在1-3nm，孔深可控制在0.2-50μm，克服了以往纳米孔不规则的问题，能直接用于检测离子或直径较小的带电分子如核酸的穿孔动力学。本发明为DNA或RNA穿孔动力学和以外切酶为基础的核酸测序研究提供关键的传感器。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
购置商业空心(内径1mm)石英玻璃棒，在1200℃下拉伸，拉细10倍后冷却到室温，再在其外部石英玻璃棒，加温到1200℃后继续拉伸，由于石英管的空心初始内径为已知，这样反复拉伸，直至空心内径达到1nm，外径在mm级甚至cm级的中间材料。将中间材料固定到切片机上，用激光刀垂直于中间材料纵轴方向厚度按0.5μm厚度切割出薄膜。将薄膜固定到玻璃基底上，进行研磨和纳米抛光，直至将膜研磨到0.2μm。再将薄膜取下并固定到中间有直径在2μm小孔的玻璃支持物上，纳米孔要在该小孔中间，将薄膜边缘与固相支持物密封，得到生物传感器。
实施例2：
购置商业空心(内径1mm)石英玻璃棒，在1200℃下拉伸，拉细10倍后冷却到室温，再在其外部石英玻璃棒，加温到1200℃后继续拉伸，由于石英管的空心初始内径为已知，这样反复拉伸，直至空心内径达到2nm，外径在mm级甚至cm级的中间材料。将中间材料固定到切片机上，用激光刀垂直于中间材料纵轴方向厚度按50μm厚度切割出薄膜，并固定到中间有直径在5μm小孔的胶木支持物上，纳米孔要在该小孔中间，将薄膜边缘与固相支持物密封，得到生物传感器。
实施例3：
购置商业空心(内径1mm)石英玻璃棒，在1100℃下拉伸，拉细10倍后冷却到室温，再在其外部石英玻璃棒，加温到1100℃后继续拉伸，由于石英管的空心初始内径为已知，这样反复拉伸，直至空心内径达到3nm，外径在mm级甚至cm级的中间材料。将中间材料固定到切片机上，用激光刀垂直于中间材料纵轴方向厚度按25μm厚度切割出薄膜，将薄膜固定到中间有自径在10μm小孔的玻璃支持物上，纳米孔要在该小孔中间，将薄膜边缘与固相支持物密封，生物传感器。
用上述实施例获得的生物传感器将电泳槽隔开，与膜片钳结合，可用于1)NA和RNA穿孔动力学和以外切酶为基础的核酸测序研究的传感器。
Claims (3)
1.一种生物传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
①石英管拉伸：将空心石英玻璃棒拉伸，拉细后冷却到室温，再在其外部套空心石英玻璃棒，加温继续拉伸，这样反复拉伸，得到空心内径达到1-3nm、外径在mm级的中间材料；所述的拉伸，温度在1000-1200℃；
②切片：将上述中间材料固定于切片机上，用激光刀垂直于中间材料纵轴方向切割，获得薄膜；
③研磨：将薄膜加贴到玻璃基底上，进行研磨和纳米抛光，直至将薄膜研磨到0.2μm厚；
④薄膜转移：将步骤③获得的薄膜从玻璃基底上取下固定到固相支持物上，或直接将步骤②获得的薄膜固定到固相支持物上，将薄膜四周密封，获得生物传感器；所述的固相支持物，为中间有直径在2-10μm小孔的矩形或圆形玻璃或胶木，厚度在mm级，边长或直径在mm-cm级，固相支持物的小孔覆盖纳米孔。
2.根据权利要求1所述的生物传感器的制作方法，其特征是，所述的空心石英玻璃棒，其空心内径在μm-mm级。
3.根据权利要求1所述的生物传感器的制作方法，其特征是，所述的用激光刀垂直于中间材料纵轴方向切割，厚度按0.5-50μm切割。
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