本发明专利技术公开一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器及其介质辨识方法，其采用具有导电性质的单层或多层石墨烯作径向电极，石墨烯电极夹在绝缘层的内部，提高了结构强度，绝缘层上制备有纳米孔通道，径向电极的阴极和阳极分别位于纳米孔通道径向的两端，沿纳米孔通道的轴向设有轴向电极。在进行介质辨识时，将纳米孔的两端连接流体池单元，在轴向电极和径向电极间分别施加电压，当介质通过纳米孔的时候，测量轴向和径向电流的微弱变化来辨识通道中的介质。本发明专利技术中传感器结构简单，同时将径向电流和轴向电流综合分析，能够获得更高的灵敏度和辨识率，而且通过分析不仅能够检测过孔介质，还能够通过被测介质分析过孔的状态，以便进一步分析介质的性质。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米流体检测
，特别是一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器，以及利用此传感器辨识待测介质的方法。
技术介绍
利用纳米通道技术的生物分子传感器不仅可以进行DNA测序，还可以检测细菌、 蛋白质分子和检测抗原-抗体的反应，从而对疾病检测、药物筛选具有广泛的应用前景。当生物分子通过纳米孔通道，会造成纳米通道内离子电流的变化，这是由于生物分子表面所带电荷以及结构不同，造成分子过孔时产生的离子电流变化的不同，所以具有特殊唯一性，由此可辨识不同的生物分子。这是目前现有的纳米孔技术的原理。纳米孔传感器的原理主要是通过辨识纳米孔内导电性介质所引起的调制电流的变化幅度和持续时间达到辨识该介质的目的。但是目前的电流检测方法都是通过在纳米孔轴向端加电压，这影响了传感器的分辨率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种分辨率较高的的基于石墨烯的纳米孔单分子传感器，以及利用此传感器进行介质辨识的方法。为了达到上述目的，本专利技术采取的方案为一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器，其包括绝缘层，纳米孔通道贯穿绝缘层，纳米孔通道中设有轴向电极；还包括径向电极， 径向电极夹在绝缘层的内部，其包括阳极和阴极，分别位于纳米孔通道径向的两端，径向电极为石墨烯，径向电流表串接在石墨烯径向电极的阳极和阴极之间。作为本专利技术的一个改进，本专利技术的基于石墨烯的纳米孔单分子传感器还包括备用径向电极，备用径向电极夹在绝缘层的内部，包括阳极和阴极，分别位于纳米孔通道径向的两端，两个备用径向电极之间的连线与两个径向电极之间的连线相互垂直。此备用径向电极可用于径向电极不能工作时，或用于同时参与测量，综合分析数据以更精确的辨识介质。作为本专利技术的一种优选具体实施方式，本专利技术的一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器，其轴向电极为Pt电极，其包括阴极和阳极，上下置于纳米孔通道的轴向上，轴向电流表串接在轴向Pt电极之间，轴向电极优选为Pt电极，也可采用其他电极。本专利技术的一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器，其纳米孔通道的直径在 I-IOOnm之间，在对不同介质进行研究辨识时，可根据待测介质分子的直径选择不同尺寸纳米通道的传感器，一般选择的标准为，纳米孔通道的直径略大于待测介质分子的直径。本专利技术的的一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器的介质辨识方法为，将纳米孔通道的两端分别连接待测介质的流体池单元，向轴向Pt电极的阴极和阳极之间施加轴向电压，向石墨烯径向电极的阳极和阴极间施加径向电压，因为纳米孔通道的直径为略大于待测介质分子的直径，当待测介质堵塞纳米孔时，会引起轴向电流和径向电流的变化，分别检测纳米孔通道轴向和径向离子电流的变化，结合电流变化与介质性质的关系来辨识介质，同时将径向电流的变化和轴向电流变化作比较，得到一个综合的变化规律，可以更精确地辨识介质性质。本专利技术有益效果为通过相互垂直的两对电极对流入石墨烯纳米孔中的待测介质引起的电流量变化进行相关分析，能够在较高的分辨率下更精确的分辨待测介质；同时由于纳米孔是包埋在绝缘材料中的，而且石墨烯具有很好的韧性及强度，所以本专利技术的传感器具有较高的结构稳定性；在实际应用中，本专利技术的传感器其石墨烯纳米孔的直径范围使其可适用于多种不同介质的尺寸要求。附图说明图1是本专利技术的一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器结构示意图；图2是本专利技术的一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器在纳米孔轴向的剖面结构示意图。具体实施例方式为使本专利技术的内容更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式作进一步说明。结合图1、图2所示，本专利技术的一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器为类三明治结构，径向电极2为单层或多层石墨烯，夹在绝缘层1的中间，传感器绝缘层的中心位置用 FIB方式制备出一个纳米孔通道8，石墨烯径向电极2包括阳极和阴极，分别位于纳米孔通道8径向的两端，径向电流表7串接在石墨烯径向电极2的阳极和阴极之间；纳米孔通道8 的轴向上放置两个Pt电极5，分别为阳极和阴极，轴向电流表3串接在轴向Pt电极5的阳极和阴极之间。结合图1所示，在绝缘层的内部、纳米孔通道的径向上还设有备用石墨烯径向电极4，包括阳极和阴极，分别位于纳米孔通道8径向的两端，两个备用径向电极4之间的连线与两个径向电极2之间的连线相互垂直。此备用径向电极可用于径向电极不能工作时，或用于同时参与测量，综合分析数据以更精确的辨识介质。纳米孔通道8的直径在I-IOOnm之间，在应用于介质辨识时，可根据待测介质分子的直径选择不同尺寸纳米通道的传感器，一般选择的标准为，纳米孔通道的直径略大于待测介质分子的直径，即待测介质的分子刚好通过纳米孔通道。辨识过程为，将纳米孔通道的两端分别连接待测介质的流体池单元，向轴向Pt电极的阴极和阳极之间施加轴向电压，向石墨烯径向电极的阳极和阴极之间施加径向电压，待测介质分子9通过纳米孔时，会引起轴向电流和径向电流的变化，分别检测纳米孔通道中径向和轴向离子电流的变化，结合电流变化与介质性质的关系，即表面所带电荷及结构不同的分子过孔时产生的离子电流变化也不同的特殊唯一性来辨识介质，同时将径向电流的变化和轴向电流变化作比较，得到一个综合的变化规律，可以更精确地辨识介质性质。除此之外，还可根据待测介质通过纳米孔的状态，以便于以后进一步分析介质的性质，如生物分子表面电荷分布，生物分子空间折叠结构等性质。本专利技术中所述具体实施案例仅为本专利技术的较佳实施案例而已，并非用来限定本专利技术的实施范围。即凡依本专利技术申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本专利技术的技术范畴。权利要求1.一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器，其特征是，包括绝缘层，纳米孔通道贯穿绝缘层，纳米孔通道中设有轴向电极；还包括径向电极，径向电极夹在绝缘层的内部，其包括阳极和阴极，分别位于纳米孔通道径向的两端，径向电极为石墨烯，径向电流表串接在石墨烯径向电极的阳极和阴极之间。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器，其特征是，还包括备用径向电极，备用径向电极设在绝缘层的内部，其包括阳极和阴极，分别位于纳米孔通道径向的两端，两个备用径向电极之间的连线与两个径向电极之间的连线相互垂直。3.根据权利要求1或2所述的一种基于石墨烯的纳米孔的单分子传感器，其特征是，所述轴向电极为Pt电极，其包括阳极和阴极，上下排列于纳米孔通道的轴向上；轴向电流表串接在轴向Pt电极的阳极和阴极之间。4.根据权利要求1或2所述的一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器，其特征是，纳米孔通道的直径在I-IOOnm之间。5.一种权利要求1至4中任意一项所述的基于石墨烯的纳米孔单分子传感器的介质辨识方法，其特征是，将纳米孔通道的轴向两端分别连接待测介质的流体池单元，向轴向Pt 电极的阳极和阴极之间施加轴向电压，向石墨烯径向电极的阳极和阴极间施加径向电压， 当待测介质通过纳米孔时，引起轴向电流和径向电流的变化，分别检测纳米孔通道径向和轴向电流的变化，并将径向电流和轴向电流综合分析，结合电流变化与介质性质的关系，即表面所带电荷及结构不同的分子过孔时引起电流变化具有特殊唯一性，来辨识介质。全文摘要本专利技术公开，其采用具有导电性质的单层或多层石墨烯作径向电极，石墨烯电极夹在绝缘层的内部，提高了结构强度，绝缘层上制备有纳米孔通道，径向电极的阴极和阳极分别位于纳米孔通道径本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于石墨烯的纳米孔单分子传感器，其特征是，包括绝缘层，纳米孔通道贯穿绝缘层，纳米孔通道中设有轴向电极；还包括径向电极，径向电极夹在绝缘层的内部，其包括阳极和阴极，分别位于纳米孔通道径向的两端，径向电极为石墨烯，径向电流表串接在石墨烯径向电极的阳极和阴极之间。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈云飞，沙菁，倪中华，张磊，易红，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
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