[发明专利]基于激光和压强调制的固态纳米孔穿孔控制方法

说明书

本申请实施例公开了基于激光和压强调制的固态纳米孔穿孔控制方法，该方法的一具体实施方式包括：进行固态纳米孔芯片的微纳制备；对该固态纳米孔芯片进行水下浸润，搭建集成共聚焦光学系统的纳米孔芯片测试系统；采用激光辐照该固态纳米孔芯片的固态膜表面，通过离子电流变化确定该固态纳米孔芯片的纳米孔位置；改变控制条件，对探测物穿孔进行控制，当所述纳米孔出现堵孔情况时，对该纳米孔进行激光辐照以分解和清理污染物。该实施方式保证了测量信噪比和捕捉率，且调节过程为可逆转变，具有很好的实用价值，同时，可以高效的利用高功率激光辐照对纳米孔表面污染物进行分解和清理，方法简便，快速，保证了长时间的纳米孔使用寿命。

技术领域

本发明涉及固态纳米孔探测技术，特别是基于激光和压强调制的固态纳米孔穿孔控制方法。

背景技术

生物大分子是生命活动的主要载体，过去几十年中，生物大分子研究方法和技术的进步对生命科学的发展产生了极其重大的影响。随着学界对生命活动过程的深入研究，对生物大分子结构和物理化学性质的检测和研究已经开始进入单分子层次。相比于传统的基于总体平均的观测手段，单分子探测方法具有如下优势，首先，通过多次连续测量，单分子性质的不均匀性分布可以被展示出来；其次，通过直接记录系统扰动，可以得到单分子轨迹的动态和统计信息，这些信息在传统观测方法中被统计平均的结果所掩盖。最后，基于单分子的观测手段能够实现许多传统观测手段无能为力的实时瞬态过程的捕捉。目前，应用较多的单分子探测和表征手段按工作模式和作用机制，可以分为X射线衍射、单分子荧光、电子显微镜，主要侧重于对生物大分子的成像与表征；以及原子力显微镜(AFM)、光镊和磁镊，主要侧重于对生物大分子的捕获与操纵。

而最近十几年新兴起的纳米孔(nanopore)单分子探测技术，利用生物分子穿过纳米孔时对其离子电流的阻塞(pA量级)，来得到生物分子的结构和动力学等信息，具有高分辨率、快速低成本、样品低损伤、顺序直读、大面阵、优异环境兼容性以及无需样品前期处理等特点，已广泛应用于蛋白、DNA-蛋白复合物、RNA、高分子聚合物、金属离子等几乎所有带电分子和粒子的探测，尤其是基于纳米孔的新一代基因检测方法的发展而使得固态纳米孔作为一种成熟的单分子检测技术受到了广泛关注。

但是，基于固态纳米孔的探测技术在超精密测量甚至基因测序领域的进一步发展仍面临时间分辨率、空间分辨率、信噪比、高通量等诸多挑战。对于空间分辨率，研究表明横向遂穿电极或基于石墨烯等的二维材料纳米孔可以实现nm级间距的位置分辨；对于信噪比，可以通过减小纳米孔芯片寄生电容、降低电解液电阻或降低放大器噪声等进一步改善；对于高通量探测，阵列纳米孔结合光学信号的探测模式具有多路信号同时探测的潜力。而对于时间分辨率，目前待测物的穿孔速度过快，远远超过了信号发生器的频率响应速度和滤波器的截止频率，导致无法对其超精细结构进行分辨和识别，成为固态纳米孔技术进一步大规模应用的重要瓶颈。Fologea等系统研究了生物分子平均穿孔时间与纳米孔实验参数的关系，发现减小驱动电压、增大电解质浓度、增大粘滞系数、降低温度等能减慢生物分子的穿孔速度，但是减速效果十分有限(2～8倍)，且以损失信噪比和捕获率为代价。另外，研究者采用小于5nm的小尺寸纳米孔，通过生物分子与孔壁较强的相互作用进行减速，该方法的缺点是在在平均穿孔时间延长的同时，穿孔时间分布的半高宽也加大了，即在减速的同时对生物分子的穿孔引入更大的不确定性。因此对于固态纳米孔探测技术的时间分辨率和穿孔过程控制目前几乎没有十分有效的方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于激光和压强调制的固态纳米孔穿孔控制方法。