一种制备绝缘基座的模具、方法及基座在分子探测中的应用技术

本发明专利技术涉及生物分子探测领域，具体涉及一种制备绝缘基座的模具，其包括：第一模座布置有至少一个插槽，第一模座远离插槽的槽口侧的表面上设有用于容纳绝缘粉末的至少一个凹槽，第一模座上还设有从插槽的槽底延伸至凹槽的插孔；尖锥件被构造成能接合至插孔并且尖锥件的尖端部能够插入凹槽中以使容纳在凹槽中的绝缘粉末在熔融固化后能够在其上形成适形于尖端部的凹孔。本发明专利技术还涉及一种制备绝缘基座的方法以及绝缘基座在分子探测中的应用。本发明专利技术的第一模座和尖锥件实现了对绝缘基座的高效制备，模具简单结构且容易产业化生产以降低绝缘基座的制造成本，可利用该模具生产的绝缘基座来高效且低成本地制备超薄固态纳米孔器件。

A kind of mould and method for preparing insulating base and its application in molecular detection

【技术实现步骤摘要】
一种制备绝缘基座的模具、方法及基座在分子探测中的应用
本专利技术涉及生物分子探测
，具体涉及用于基于固态二维材料的下一代DNA测序技术和分子探测器件。
技术介绍
纳米孔是在二维薄膜上直径为数纳米的小孔器件。基于纳米孔的分子探测技术能够实现对单个分子的探测及对分子结构形貌的分析。纳米孔器件主要应用于DNA测序。纳米孔器件主要分为生物纳米孔和固态纳米孔两种。生物纳米孔由天然蛋白质组成。比如，基于MspA的生物纳米孔已经可以实现碱基序列的测定，但是生物纳米孔受环境影响较大且稳定性欠佳，因此，基于无机材料的固态纳米孔是目前研究的热点。例如，基于二维材料的超薄固态纳米孔已能够实现对不同碱基的分辨，并且在相邻碱基的辨别方面达到了原子极限。目前，固态纳米孔最大的挑战在于DNA分子的运动控制还很不理想，尚无法实现有效的单碱基递进控制运动。另外，固态纳米孔的信号噪声相对较大，影响了器件的性能。电容是导致纳米孔器件存在上述问题的主要原因。目前实验中使用的固态纳米孔均使用与微加工工艺兼容的单晶硅基座。如在Si(110)表面生长二氧化硅和氮化硅，通过化学刻蚀(及转移)形成悬空膜，再通过离子束或电子束制备纳米孔。这种器件虽然结构比较稳定，制备工业也比较成熟，但是由于单晶硅具导电性，其绝缘层厚度仅有几十纳米至数微米，而其面积则达数毫米平方，对应的电容较大。大电容存在以下负面效应：首先，大电容产生的电流噪声较大；其次，大电容在电压反馈控制时会产生较大的充电电流，这可能导致控制电路饱和。已有研究表明，以绝缘材料为基座制备的纳米孔器件可以显著提高探测信噪比。如在绝缘的石英基座上制备的纳米孔器件，能够有效减小电容的影响，从而将离子电流均方根噪声降低到10pA以下。但是现有的实施这种器件的制备方法需要复杂的微加工设备和技术，成本较高且不利于大范围应用推广。基于此，亟需提供一种绝缘基座以制备能够克服上述缺陷的纳米孔器件，此外还提供了制作绝缘基座的方法及应用。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是提供一种纳米孔基座，借此克服上述现有技术的缺点。为了完成上述任务，根据本专利技术的一个方面，提供一种制备绝缘基座的模具，其包括：第一模座，所述第一模座布置有至少一个插槽，所述第一模座远离所述插槽的槽口侧的表面上设有用于容纳绝缘粉末的至少一个凹槽，所述第一模座上还设有从所述插槽的槽底延伸至所述凹槽的插孔；尖锥件，所述尖锥件被构造成能接合至所述插孔并且所述尖锥件的尖端部能够插入所述凹槽中以使容纳在所述凹槽中的绝缘粉末在熔融固化后能够在其上形成适形于所述尖端部的凹孔；支撑件，所述支撑件具有平坦表面并且被构造用于均匀铺覆上述绝缘粉末，所述第一模座的所述凹槽与所述支撑件共同限定熔融的所述绝缘粉末的固化形状。在一个实施例中，所述模具还包括：第二模座，所述第二模座布置有插块，所述插块被构造成能够插接至布置在所述插槽两侧的接合部中以实现所述第一模座和所述第二模座的接合，相邻所述插块之间设置有插合孔；分隔件，所述分隔件被构造成通过所述插合孔和所述接合部插接在已组装的所述第一模座与所述第二模座中并与所述插槽的外壁相贴合以限定熔融的所述绝缘粉末的固化形状。优选地，多个所述凹槽被构造成沿着所述插槽的长度方向间隔布置。优选地，所述第一模座与所述尖锥件由热膨胀系数相同或相近的材料制成。可选地或替代地，所述尖锥件通过加热固化形成的弹性膜相对于所述插孔彼此固定。优选地，所述绝缘粉末是聚甲基丙烯酸甲酯的粉末。根据本专利技术的另一方面，提供一种制备绝缘基座的方法，该方法包括以下步骤：提供如上所述的模具的第一模座；提供如上所述的模具的尖锥件；将所述尖锥件自由地插入所述第一模座的插孔中；在所述第一模座的凹槽中填充绝缘粉末，加热熔融所述绝缘粉末，待熔融的绝缘粉末固化成型后形成所述绝缘基座。附加地，所述方法还包括以下步骤：提供表面平坦的支撑件；在所述第一模座的底部和所述支撑件表面喷涂脱模剂；在所述支撑件上均匀铺覆绝缘粉末，将所述第一模座放置在所述支撑件上。在又一实施例中，所述方法还包括以下步骤：提供第二模座，所述第二模座布置有插块，所述插块被构造成可插接至布置在所述插槽两侧的接合部中以实现所述第一模座和所述第二模座的接合；将带有所述尖锥件的所述第一模座与所述第二模座进行组装；加热所述绝缘粉末直至达到熔融状态；在已组装的第一模座和第二模座中插接分隔件并使所述分隔件与所述插槽的外壁相贴合以限定熔融的所述绝缘粉末的固化形状。优选地，抛光所述第一模座远离所述插槽的槽口侧的表面。可选地，在所述插孔附近施加经加热固化能够形成弹性膜的粘稠液以相对于所述插孔固定所述尖锥件。根据本专利技术的又一方面，提供一种绝缘基座在生物分子探测中的应用，所述绝缘基座由上述方法制成。优选地，所述绝缘基座被构造成供二维材料在其上进行转移并且用于制备超薄固态纳米孔以实现对DNA序列的检测。本专利技术的其它特征和优点的一部分将会是本领域技术人员在阅读本申请后显见的，另一部分将在下文的具体实施方式中结合附图描述。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施例，其中：图1为本专利技术模具的第一模座的立体图；图2为本专利技术模具的第一模座的仰视图；图3为本专利技术模具的第一模座的俯视图；图4为本专利技术模具的第一模座的透视图；图5为本专利技术模具的第一模座的立体剖视图；图6为本专利技术模具的第一模座的局部剖视图；图7为本专利技术尖锥件的立体图；图8为本专利技术第二模座的立体图；图9为本专利技术模具的装配图；图10为本专利技术模具的装配透视图；图11为本专利技术模具的分解图；图12为本专利技术模具的另一装配图。具体实施方式现参考附图来详细说明根据本专利技术的纳米孔基座的示例性方案。提供附图是为了呈现本专利技术的多个实施方式，但附图不必按具体实施方案的尺寸绘制，并且某些特征可被放大、移除或局剖以更好地示出和解释本专利技术的公开内容。附图中的部分构件可在不影响技术效果的前提下根据实际需求进行位置调整。在说明书中出现的短语“在附图中”或类似用语不必参考所有的附图或示例。在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“内”、“外”、“上”、“下”和其它方向性术语将被理解为具有其正常含义且指正常观看附图时所涉及的那些方向。除非另有指明，否则本说明书所述方向性术语基本按照本领域技术人员所理解的常规方向。本专利技术中所使用的术语“第一”、“第一个”、“第二”、“第二个”及其类似术语在本专利技术中并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个零部件与其它零部件区分开。本专利技术提供一种制备绝缘基座的模具1，如图1至12所示，该模具1包括第一模座10、尖锥件12以及支撑件14。其中，具体地参见图1至6，第一模座10布置有至少一个插槽100，而在第一模座10远离该插槽100的槽口侧的表面上(也就是第一模座10的底面)设有至少一个凹槽102(该凹槽102在插槽100的宽度方向是敞本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备绝缘基座的模具(1)，其特征在于，包括：/n第一模座(10)，所述第一模座(10)布置有至少一个插槽(100)，所述第一模座(10)远离所述插槽(100)的槽口侧的表面上设有用于容纳绝缘粉末(2)的至少一个凹槽(102)，所述第一模座(10)上还设有从所述插槽(100)的槽底延伸至所述凹槽(102)的插孔(104)；/n尖锥件(12)，所述尖锥件(12)被构造成能接合至所述插孔(104)并且所述尖锥件(12)的尖端部(120)能够插入所述凹槽(102)中以使容纳在所述凹槽(102)中的绝缘粉末(2)在熔融固化后能够在其上形成适形于所述尖端部(120)的凹孔；/n支撑件(14)，所述支撑件(14)具有平坦表面并且被构造用于均匀铺覆上述绝缘粉末(2)，所述第一模座(10)的所述凹槽(102)与所述支撑件(14)共同限定熔融的所述绝缘粉末(2)的固化形状。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备绝缘基座的模具(1)，其特征在于，包括：
第一模座(10)，所述第一模座(10)布置有至少一个插槽(100)，所述第一模座(10)远离所述插槽(100)的槽口侧的表面上设有用于容纳绝缘粉末(2)的至少一个凹槽(102)，所述第一模座(10)上还设有从所述插槽(100)的槽底延伸至所述凹槽(102)的插孔(104)；
尖锥件(12)，所述尖锥件(12)被构造成能接合至所述插孔(104)并且所述尖锥件(12)的尖端部(120)能够插入所述凹槽(102)中以使容纳在所述凹槽(102)中的绝缘粉末(2)在熔融固化后能够在其上形成适形于所述尖端部(120)的凹孔；
支撑件(14)，所述支撑件(14)具有平坦表面并且被构造用于均匀铺覆上述绝缘粉末(2)，所述第一模座(10)的所述凹槽(102)与所述支撑件(14)共同限定熔融的所述绝缘粉末(2)的固化形状。


2.根据权利要求1所述的模具(1)，其特征在于，所述模具(1)还包括：
第二模座(16)，所述第二模座(16)布置有插块(160)，所述插块(160)被构造成能够插接至布置在所述插槽(100)两侧的接合部(106)中以实现所述第一模座(10)和所述第二模座(16)的接合，相邻所述插块(160)之间设置有插合孔(162)；
分隔件(18)，所述分隔件(18)被构造成通过所述插合孔(162)和所述接合部(106)插接在已组装的所述第一模座(10)与所述第二模座(16)中并与所述插槽(100)的外壁相贴合以限定熔融的所述绝缘粉末(2)的固化形状。


3.根据权利要求2所述的模具(1)，其特征在于，多个所述凹槽(102)被构造成沿着所述插槽(100)的长度方向间隔布置。


4.根据权利要求1所述的模具(1)，其特征在于，所述第一模座(10)与所述尖锥件(12)由热膨胀系数相同或相近的材料制成。


5.根据权利要求1所述的模具(1)，其特征在于，所述尖锥件(12)通过加热固化形成的弹性膜相对于所述插孔(104)彼此固定。


6.根据权利要求1所述的模具(1)，其特征在于，所述绝缘粉末(2)是聚甲基丙烯酸甲酯的粉末。...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵新佳，单欣岩，陆兴华，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11