[发明专利]一种基于近场光学技术的单分子DNA无损检测芯片

说明书

技术领域

本发明属于生物分子检测技术领域，具体涉及一种基于近场光学技术的单分子DNA无损检测芯片。

背景技术

DNA测序技术，作为最重要的生物医学研究手段之一,对基因组学及其相关学科的发展起着至关重要的作用。而单分子无损测序技术是目前DNA测序技术的最新发展方向，在高速测序、长序列产出和低成本方面具有巨大的潜力。目前存在的DNA单分子测序技术大都基于纳米孔方法，即通过碱基与纳米孔摩擦产生的生物电以确定碱基顺序。然而生物电识别方式的特异性不高，抗干扰性差，造成单碱基识别错误率高。除此之外，现有的单分子DNA测序技术还存在以下几个缺点：(1)读长较小；(2)DNA碎片拼接错误率高；(3)速度较慢。因此，亟需一种新型高效的单分子DNA测序技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高特异性、高读长、高准确率、高速测序的基于近场光学技术的单分子DNA无损检测芯片。

本发明的技术方案概述如下：

一种基于近场光学技术的单分子DNA无损检测芯片，包括氮化硅基板6，在氮化硅基板上表面设置有凹槽，凹槽从左到右依次由矩形的DNA分子样品池1、渐窄坑道2、窄坑道3、渐宽坑道4和矩形的废液池5连接组成，在窄坑道3之上搭载有氧化石墨烯膜7(跨桥结构)，在氧化石墨烯膜7的左右两端分别设置有第一金纳米粒子单层膜8和第二金纳米粒子单层膜9(天窗结构)，电极A设置在矩形的DNA分子样品池1内，电极B设置在矩形的废液池5内，电极A和电极B分别通过导线与电源相连接。

优选地，矩形的DNA分子样品池的宽度为100nm，窄坑道的宽度为10nm，废液池的宽度为100nm。

第一金纳米粒子单层膜和第二金纳米粒子单层膜之间的缝隙10的尺寸为0.45-0.65nm。本发明的优点：

(1)本发明利用氧化石墨烯膜，可以有效借助分子间的π-π作用而对DNA分子的单碱基进行精细捕获，限制其热力学及动力学的随机性，确保针尖增强拉曼光谱系统以近100％捕获效率采集到单个碱基信息，极大提高检测系统的响应速度和精度。

(2)本发明可以高效地控制DNA的运动流向及精确输入检测区域。

(3)氧化石墨烯与单碱基形成的局域场π-π作用，可有效地提高单碱基拉曼散射截面，从而增强拉曼信号；在此基础上，通过π-π电子作用可极大增强局域场内的电子云密度，能够在等离子域空间内形成更强的TERS效应。

(4)采用氧化石墨烯为光透导体，上面覆盖金纳米粒子单层膜，可在有效屏蔽针尖对单碱基的电场影响的同时，不影响近场光谱的采集。

(5)由于目前针尖增强拉曼光谱系统普遍的分辨率为20nm，本发明使用具有跨桥结构的石墨烯捕获带(即氧化石墨烯膜7横跨窄坑道3搭载在氮化硅基板上，)以进一步提升针尖增强拉曼光谱系统的空间分辨率；该捕获带采用金纳米粒子单层膜覆盖氧化石墨烯膜，以原子力显微镜操纵的方式留出0.45nm-0.65nm的天窗(第一金纳米粒子单层膜和第二金纳米粒子单层膜之间的缝隙)以匹配单碱基的空间距离，进而将针尖增强拉曼光谱的分辨率提升为0.55nm左右，从而可以识别单碱基。

附图说明

图1为本发明一种基于近场光学技术的单分子DNA无损检测芯片的主视示意图。

图2为本发明一种基于近场光学技术的单分子DNA无损检测芯片的俯视示意图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明作进一步的说明。

一种基于近场光学技术的单分子DNA无损检测芯片(见图1，图2)，包括氮化硅基板6，在氮化硅基板上表面设置有凹槽，凹槽从左到右依次由矩形的DNA分子样品池1、渐窄坑道2、窄坑道3、渐宽坑道4和矩形的废液池5连接组成，在窄坑道3之上搭载有氧化石墨烯膜7，在氧化石墨烯膜7的左右两端分别设置有第一金纳米粒子单层膜8和第二金纳米粒子单层膜9，电极A设置在矩形的DNA分子样品池1内，电极B设置在矩形的废液池5内，电极A和电极B分别通过导线与电源相连接。