一种特异性金属纳米线及其制作方法与流程

本发明涉及生物分子测序与微纳制造技术领域，更具体地，涉及一种特异性金属纳米线及其制作方法。

背景技术：

第四代纳米孔测序技术是通过检测单链dna穿过纳米孔时的电位变化来达到测序的目的，并凭借其高通量、低成本的优点，逐渐成为国内外学者的研究热点，但该技术受dna的热运动及纳米孔内复杂的流体运动的影响(lij,gershowm,steind,etal.dnamoleculesandconfigurationsinasolid-statenanoporemicroscope[j].naturematerials,2003,2(9):611.)，使得检测dna过孔时的电流信号十分困难，因此，为实现固态纳米孔测序的可能性，使用单分子操纵技术来拉伸单条dna单链分子过孔就显得十分重要。

目前，常用的单分子操纵技术有光镊、磁镊、玻璃微针、afm探针、斯托克斯拖曳等，在应用上述单分子操纵技术控制dna的过程中，都不可避免地通过磁珠来间接控制dna，而实际操作中磁珠的数量以及dna的数量并不能很好地控制，可能会发生吸附大量的磁珠且磁珠上也偶联着大量的dna的现象，也就无法达到控制单条dna单链通过纳米孔的目的。

为了实现单条dna链过孔，进行dna的精确测序，目前可利用微针涂覆隔离层后，采用微纳加工制造技术在其靠近针尖处刻蚀纳米孔，直至刻穿隔离层，然后通过化学、物理等结合的方法，在纳米孔内的基体上偶联官能团，获得针尖具有官能团的微针结构。该方法可实现dna单分子过孔，然而需要用到刻蚀纳米孔技术，例如聚焦离子束、高能电子束、激光等等，对设备的要求较高，生产成本较大。

综上所述，如何实现在dna测序过程中，控制单条dna单链通过纳米孔，且又能达到操作简单，生产成本低的目的，是纳米孔测序技术领域人员面临的巨大挑战。

技术实现要素：

为克服在dna测序过程时，现有大部分单分子操纵技术只能绑定大量的dna单链而无法捕获到单条dna的弊端，而可以控制单条dna单链通过纳米孔的技术又需要打孔且具有高生产成本的缺点，本发明提供一种特异性金属纳米线及其制作方法，用于操作dna单链分子通过纳米孔，且避免了打孔的步骤，降低了对设备的要求且生产成本低。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种特异性金属纳米线，包括：线状的纳米线基体、隔离层及用于偶联单条dna分子的绑定体，所述隔离层包覆在纳米线基体的外侧表面，所述纳米线基体的顶端与绑定体相连。

优选地，所述纳米线基体通过模板法制备，所述模板法为多孔氧化铝模板法、聚合物膜模板法、软模板法中的任意一种。

优选地，所述纳米线基体为金纳米线、银纳米线、硅纳米线中的任意一种。

优选地，所述纳米线基体的顶端横截面积与绑定体用于偶联的面积相等，确保纳米线基体的顶端横截面与绑定体有效偶联。

优选地，所述纳米线基体的直径为10～200nm，长度为1～20μm。

优选地，所述绑定体为羧基、羟基、醛基、链霉亲和素中的任意一种。

优选地，所述隔离层的厚度为1～100nm，隔离层的材料可以选取氧化铝、氧化钛或氮化硅中的任意一种，或其它与绑定体无法偶联的材料，隔离层的厚度只要能包覆住整个纳米线基体的外侧表面即可，确保除纳米线基体顶端之外的部分无法过多偶联绑定体。

此外，本发明还提出了制作上述特异性金属纳米线的方法，包括如下步骤：

步骤1：利用模板法制备出纳米线基体序列；

步骤2：通过超声波溶解模板，并转移出纳米线基体序列，通过微型机械手臂拔下单根纳米线基体备用。

步骤3：通过涂层工艺技术在拔下的单根纳米线基体的外侧表面包覆隔离层；所述涂层工艺是将单跟纳米线基体浸入熔融隔离层，再将纳米线从熔融隔离层中取出，即可得到表面覆盖有隔离层的纳米线基体，隔离层的材料可以选取氧化铝、氧化钛或氮化硅中的一种，或其它与绑定体无法偶联的材料。

步骤4：剪断纳米线基体被隔离层包覆的顶端，露出隔离层包覆的纳米线基体的内芯，剪断纳米线基体的常用手段为电子束切断法，或利用原子力显微镜(afm)的探针针尖进行切断。

步骤5：在纳米线基体的内芯顶端的横截面偶联绑定体。

优选地，步骤1所述的模板法为多孔氧化铝模板法，通过多孔氧化铝模板的纳米孔生产出纳米线基体的阵列，纳米线基体的直径与多孔氧化铝模板的孔直径相同，通过选取不同孔直径的氧化铝模板，能制备出不同直径的纳米线基体的阵列，从而实现制备出的纳米线基体的直径可控，且分布密度可调的目的，满足与绑定体偶联的截面积匹配度的要求。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

1)本发明提供的特异性金属纳米线，线状的纳米线基体外表面包覆有隔离层，可避免除纳米线基体顶端之外的其它部位过多偶联绑定体，导致无法达到控制单条dna单链通过纳米孔的目的。

2)本发明提供的特异性金属纳米线，由于利用多孔氧化铝模板法制备出的纳米线基体的直径可控，而纳米线基体的顶端横截面积与绑定体用于偶联的面积相等，因此对应纳米线基体的顶端偶联绑定体的数目也可控，通过偶联绑定体的数目间接控制所耦合的dna分子数，从而精确地耦合单条dna单链，可以达到操纵单条dna单链通过纳米孔的目的。

3)本发明提供的特异性金属纳米线，通过去除纳米线基体顶端的隔离层即可得到与单个绑定体相匹配的纳米线基体内芯，从而实现了单根纳米线基体顶端偶联单个绑定体，进一步耦合单条dna单链，而不需利用聚焦离子束、高能电子束、激光等打孔技术刻穿纳米线顶部隔离层来得到与单个偶联官能团相对应大小的纳米孔，大大降低了生产的成本及对设备的要求。

附图说明

图1为本发明提出的特异性金属纳米线的整体结构示意图。

图2为本发明提出的特异性金属纳米线的制作方法流程图。

图3为本发明提出的单根纳米线基体结构示意图。

图4为本发明提出的纳米线基体包覆隔离层的结构图。

图5为本发明提出的剪断纳米线基体顶端隔离层后的结构图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示的特异性金属纳米线的整体结构示意图，包括：纳米线基体1、隔离层2及用于偶联单条dna分子的绑定体3，隔离层2通过涂层工艺技术包覆在纳米线基体1的外侧表面，纳米线基体1的顶端10与绑定体3相连，在本实施例中，绑定体3为单个链霉亲和素。

纳米线基体1通过模板法制备，模板法可以选取为多孔氧化铝模板法、聚合物膜模板法或软模板法中的任意一种，本实施例中采用的模板法为多孔氧化铝模板法，多孔氧化铝模板的纳米孔生产出纳米线基体1的阵列，满足纳米线基体1的直径与多孔氧化铝模板的孔直径相同，因此通过多孔氧化铝模板法选取不同孔直径的氧化铝模板，就能制备出不同直径的纳米线基体1的阵列，从而实现制备出的纳米线基体1的直径可控，且分布密度可调，以便满足与绑定体3偶联的截面积匹配度的要求。

纳米线基体1可以为金纳米线、银纳米线或硅纳米线中的任意一种，在本实施例中，纳米线基体1采用硅纳米线，纳米线的直径为10～200nm，长度为1～20μm，纳米线的直径可取值包括端点值10nm及200nm，纳米线的长度可取值包括端点值1μm及20μm，在本实施例中，通过多孔氧化铝模板法制备出的硅纳米线的直径为50nm，长度为10μm。

参见图1，隔离层2的厚度为1～100nm，隔离层2的厚度可取值包括端点值1nm及100nm，在本实例中，选取的隔离层2的材料为氧化铝，厚度为50nm。通过将单根纳米线基体1浸入熔融状态氧化铝的隔离层2，再将纳米线基体1从熔融隔离层2中取出，得到表面覆盖有厚度为50nm隔离层2的纳米线基体1，隔离层2的厚度只要能包覆住整个纳米线基体1的外侧表面即可，确保除纳米线基体1的顶端10之外的部分无法过多偶联绑定体1。纳米线基体1的顶端10的横截面积与绑定体3用于偶联的面积相等，可以确保纳米线基体1的顶端10的横截面与绑定体3有效偶联。

实施例2

本发明还提出了制作上述特异性金属纳米线的方法，方法的流程图如图2所示，包括如下步骤：

步骤1：利用模板法制备出纳米线基体1的序列；本实施例中，采用的模板法为多孔氧化铝模板法，纳米线基体1采用硅纳米线，通过多孔氧化铝模板法制备出的纳米线的直径为50nm，长度为10μm。多孔氧化铝模板的纳米孔生产出的纳米线基体1的阵列，满足纳米线基体1的直径与多孔氧化铝模板的孔直径相同，因此，选取不同孔直径的氧化铝模板，就能制备出不同孔直径的纳米线基体1的阵列，从而实现制备出的纳米线基体1的直径可控，且分布密度可调，满足与绑定体偶联的截面积匹配度的要求。

步骤2：通过超声波溶解模板，并转移出纳米线基体1的序列，通过微型机械手臂拔下单根纳米线基体1备用，得到单根纳米线基体1的结构示意图如图3所示。

步骤3：通过涂层工艺技术在拔下的单根纳米线基体的外侧表面包覆隔离层；在本实施例中，选取的隔离层2的材料为氧化铝，将备用的单根纳米线基体1浸入熔融氧化铝的隔离层2，再将纳米线基体1从熔融隔离层2中取出，得到表面覆盖有厚度为50nm隔离层2的纳米线基体1，得到的表面覆盖有隔离层2的纳米线基体1结构示意图如图4所示。

步骤4：剪断纳米线基体1被隔离层2包覆的顶端，露出隔离层2包覆的纳米线基体1的内芯面，即去除纳米线基体1顶部的隔离层2部分，露出没有隔离层2包覆的纳米线基体1的内芯顶端10，在本实施例中，采用电子束切断纳米线基体1的顶端，得到剪断纳米线基体顶端隔离层后的结构图如图5所示。

步骤5：在纳米线基体1的内芯顶端的横截面偶联绑定体3。在步骤1时，调整选取模板的孔径，从而调控所制备的纳米线基体1的直径，使其对应的横截面积与将要偶联的绑定体3单个链霉亲和素相匹配，在本实施例中，纳米线基体1的内芯顶端的横截面偶联绑定体3的方法为：使纳米线基体1的顶端10长出氨基后以戊二醛作为偶联剂，然后与链霉亲和素共价偶联，得到的最终的特异性金属纳米线的整体结构示意图如图1所示。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。