专利名称：基于钨针尖和厚壁玻璃管的纳米孔的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种玻璃管纳米孔，尤其是涉及基于钨针尖和厚壁玻璃管的纳米孔的制备方法，属于纳米生物电化学传感技术领域。
背景技术：
生物体的生命活动主要是以细胞为基本单位进行的，而细胞通过细胞膜与周围环境隔离开，维持着相对稳定的细胞内部环境。细胞膜主要由脂类排列成双分子层(BLM)，并镶嵌有各种功能的蛋白质，承担着细胞与外界环境的物质交换、能量交换和信号传导的作用([1]杨福愉.生物膜(第二版)[M].北京科学出版社，2007.)。通道蛋白是存在于细胞膜的跨膜蛋白，其对分子/离子的(选择性)通透对调节人体功能起着重要的作用，对通道蛋白的性质和功能的研究具有重要的学术和应用意义。在固体表面或微、纳米孔上人工构建磷脂双层膜并在其中引入通道蛋白是构建仿生膜并对通道蛋白功能进行研究的流行方法([2]C0rnell，B. Α.，Braach-Maksvytis, V. L. B. , King, L. G. , Osman, P. D. J. , Raguse, B. , ffieczorek, L. , Pace, R. J. , 1997. Nature 387 (6633), 580-583 ； [3]Hirano_Iwata, A. , Aoto, K. , Oshima, A. , Taira, Τ. , Yamaguchi, R. T. ，Kimura, Y. ，Niwano, Μ. ，2009.Langmuir 26 (3)，1949-1952 ； [4]Sugihara, K. ，Voros, J. , Zambelli, Τ. ,2010. ACS Nano 4 (9)，5047-5054·)。在固体表面形成的磷脂双层膜称为支撑膜，其优点是膜的机械稳定性好，适合制作成器件，但环境的控制性欠佳；而微、纳米孔上形成的磷脂双层膜称为悬挂膜，其优点是可很好地模拟细胞膜的环境，有利于通道蛋白的研究，但悬挂膜的机械稳定性和寿命皆不如支撑膜。缩小孔径可以提悬挂膜的稳定性和寿命([5]Goryll,M. ,Wilk, S. , Laws,G. Μ. , Thornton, Τ. ,Goodnick, S. , Saraniti,Μ. , Tang, J. , Eisenberg, R. S. ,2003. Superlattices and Microstructures 34(3-6),451-457 ； [6] Simon, Α. , Girard-Egrot, Α. , Sauter, F. , Pudda, C. , D' Hahan, N. P. , Blum, L. , Chatelain, F.，Fuchs, Α. J.，2007. Colloid Interface Sci. 308,337.)。White 等人([7] Zhang, B.， Galusha, J. , Shiozawa, P. G. , Wang, G. L. , Bergren, A. J. , Jones, R. Μ. , White, R. J. , Ervin, Ε. N.，Cauley, C. C.，White, H. S.，2007. Anal. Chem. 79 (13)，4778—4787 ； [8]ffhite, R. J.， Ervin, Ε. N. , Yang, Τ. , Chen, Χ. , Daniel, S. , Cremer, P. S. , White, H. S. , 2007. J. Am. Chem. Soc. 129(38) ,11766-11775.)提出了以金属针尖为模板，通过玻璃管包封而后又去除金属针尖的过程制备玻璃纳米孔的方法，悬挂膜的稳定性和寿命皆大大提高，已成功地用于单离子通道的研究。然而，目前玻璃纳米孔的制备皆采用Au丝或Pt丝作为模板，不仅材料昂贵、针尖制作费时，而且需要很好地选择玻璃的材质，以使其热膨胀系数大于Au丝或Pt丝， 制备成功率尚不尽如人意。
发明内容
本发明目的在于针对现有的制备玻璃纳米孔工艺所存在的上述缺点，提供一种基于钨针尖和厚壁玻璃管的纳米孔的制备方法。
本发明包括以下步骤1)制备钨针尖；2)玻璃管包封钨针尖，制备钨纳米盘电极；3)刻蚀包封的钨针尖，制得玻璃纳米孔。在步骤1)中，所述制备钨针尖的具体方法可采用电化学刻蚀方法。在步骤2)中，所述玻璃管包封钨针尖的具体方法可为在真空度大于0. IMPa，火焰温度为1000 1200°C条件下，将钨针尖尖锐的末端包封于玻璃中，再通过机械抛光对包封有钨针尖的玻璃部分的端面进行抛光，直至露出钨针尖的尖端，制得钨纳米盘电极，所述露出钨针尖的尖端的长度可为几至几百纳米。在步骤；3)中，所述刻蚀包封的钨针尖，制得玻璃纳米孔的具体方法可为通过电化学刻蚀将钨纳米盘电极中被包封的钨针尖去除，得到玻璃纳米孔。与现有的玻璃纳米孔制备工艺相比，本发明具有以下突出优点1)钨丝不仅廉价，而且具有硬度大、熔点高和膨胀系数小等特性。另外，钨针尖的电化学刻蚀制备高效，尤其是钨的热膨胀系数远小于玻璃，因此采用普通厚壁玻璃管即可获得效果理想的包封效果。2)本发明利用厚壁和常规尺寸的玻璃管，制备过程不易折断，可操作性好，成功率高，而且后续仿生膜的研究效果好。3)本发明所制备的玻璃纳米孔的端面大，不仅适于后续仿生膜的构建，不易被损坏，而且使用寿命较长。4)当利用本发明所制备的玻璃纳米孔进行仿生膜研究时，具有漏电电流小、信噪比高等优点，适用于生物传感、DNA测序、药物筛选、通道蛋白功能等方面的研究。5)厚壁玻璃管为后续玻璃管端面的抛光和磷脂双层膜的铺设步骤提供了方便性。
图1为本发明制备钨纳米盘电极和玻璃纳米孔的示意图。在图1中，㈧是钨纳米盘电极，(B)是玻璃纳米孔；标记1代表玻璃管，2代表钨针尖汍代表玻璃纳米孔，d2代表玻璃管内径(d2 = 2. 5mm)，h代表玻璃管厚度(h = 1. Omm)。图2为本发明制备的玻璃纳米孔及其上构建悬挂磷脂双层膜的导电行为。在图2 中，横坐标为电位Potential (V)，纵坐标为电流Current (pA)；曲线1是硅烷化修饰的玻璃纳米孔的导电行为，在1. OM KCl的PBS (pH = 7. 4)缓冲液中的阻值为0. 5ΜΩ ；曲线2是悬挂磷脂双层膜的导电行为，阻值为75. 8GQ。在图2中，X 1/5000代表硅烷化修饰的玻璃纳米孔的电流值都除以数值5000，得到曲线1。图3为本发明制备的玻璃纳米孔用于构建含α-HL通道蛋白的仿生膜的实施例。 在图3中，横坐标为时间Time (Sees)，纵坐标为电流Current (pA)；图3记录了两个α-HL通道蛋白的嵌入过程，每一个通道蛋白嵌入时，其电流值阶跃为30ρ�。尘暗缌鹘鑫甫薛。� 可见测量的信噪比高。
具体实施例方式以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
基于钨针尖和厚壁玻璃管的纳米孔的制备方法的具体步骤如下(1)制备钨针尖首先，用钳子剪下长约2. 5cm的钨丝并用镊子戳直；其次，对钨丝进行清洗，依次用丙酮、乙醇和水超生清洗5min，除去钨丝表面存在的污渍；然后，把清洗后的钨丝作为工作电极插入0. 75M KOH溶液中，并以石墨为对电极，采用25V的交流电压进行电化学刻蚀； 最后，对刻蚀得到的针尖依次用丙酮、乙醇和水清洗，除去针尖上残留的杂质。(2)玻璃管包封钨针尖首先，将所制备的钨针尖的未刻蚀端插入长针筒中，露出刻蚀的钨针尖。其次，将钨针尖置于离玻璃管末端约5mm的管中间，用丁烷焰加热包封住玻璃管的末端，之后尽量将钨针尖靠近包封端。再次，将真空泵的抽气管接在玻璃管开口端，在真空度大于0. IMPa, 火焰温度为1000 1200°C，可以看到玻璃收缩接触并包封住钨针尖。(3)抛光制得钨纳米盘电极首先，依次用水磨砂纸和金相砂纸(2#，4#，6#)逐级将玻璃圆盘端面抛光至距钨针尖末端约3mm处且达镜面光滑；然后，在抛光布上用Al2O3粉(3 μ m、1 μ m、0. 3 μ m、0. 05 μ m) 进行逐级抛光，抛光布以0. 02M KCl溶液润湿，并利用自制的电导检测仪对玻璃包封的钨针尖与溶液间的电导进行监控。当电导数值突增时，表示金属针尖尖端已经露出，立即停止抛光，得到钨纳米盘电极；最后，在IOmM Ru(NH3)6C13+1.0M KCl溶液中对钨纳米盘电极进行循环伏安扫描曲线表征，估算钨纳米盘电极的半径。(4)刻蚀包封的钨针尖制得玻璃纳米孔将制备的玻璃钨纳米盘电极置于刻蚀液(H3P04+KC1+C4H604+H202)中，加上25V交流电压进行刻蚀，直至完全刻蚀掉玻璃包封住的钨针尖，得到玻璃纳米孔。纳米孔半径的表征可在1. OM KCl的PBS (pH = 7. 4)缓冲液中，以两根Ag/AgCl为电极，进行循环伏安扫描表征。制得的钨纳米盘电极如图I(A)所示；通过电化学刻蚀将钨纳米盘电极中被包封的钨针尖去除得到的玻璃纳米孔如图I(B)所示。图2中曲线1所示为玻璃纳米孔的导电行为。该玻璃纳米孔经疏水性修饰和悬挂磷脂双层膜铺设后电阻显著增加。图2中曲线2所示说明磷脂双层膜的缺陷少，且与玻璃纳米孔壁的结合紧密。在玻璃管中加入含离子通道蛋白的溶液，并对其施加一定的压力，可促使蛋白嵌入磷脂双层膜中，形成仿生膜。图3记录了两个α -HL通道蛋白先后进入磷脂双层膜所产生的通道电流，其信噪比高，适合对通道蛋白的功能、生物传感等进行深入研究。
权利要求
1.基于钨针尖和厚壁玻璃管的纳米孔的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)制备钨针尖；2)玻璃管包封钨针尖，制备钨纳米盘电极；3)刻蚀包封的钨针尖，制得玻璃纳米孔。
2.如权利要求1所述的基于钨针尖和厚壁玻璃管的纳米孔的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述制备钨针尖的具体方法采用电化学刻蚀方法。
3.如权利要求1所述的基于钨针尖和厚壁玻璃管的纳米孔的制备方法，其特征在于在步骤2、中，所述玻璃管包封钨针尖的具体方法为在真空度大于0. IMPa,火焰温度为 1000 1200°C条件下，将钨针尖尖锐的末端包封于玻璃中，再通过机械抛光对包封有钨针尖的玻璃部分的端面进行抛光，直至露出钨针尖的尖端，制得钨纳米盘电极。
4.如权利要求3所述的基于钨针尖和厚壁玻璃管的纳米孔的制备方法，其特征在于所述露出钨针尖的尖端的长度为几至几百纳米。
5.如权利要求1所述的基于钨针尖和厚壁玻璃管的纳米孔的制备方法，其特征在于在步骤幻中，所述刻蚀包封的钨针尖，制得玻璃纳米孔的具体方法为通过电化学刻蚀将钨纳米盘电极中被包封的钨针尖去除，得到玻璃纳米孔。
全文摘要
基于钨针尖和厚壁玻璃管的纳米孔的制备方法，涉及一种玻璃管纳米孔。制备钨针尖；玻璃管包封钨针尖，制备钨纳米盘电极；刻蚀包封的钨针尖，制得玻璃纳米孔。钨丝不仅廉价，而且具有硬度大、熔点高和膨胀系数小等特性。钨针尖的电化学刻蚀制备高效，尤其是钨的热膨胀系数远小于玻璃，因此采用普通厚壁玻璃管即可获得效果理想的包封效果。利用厚壁和常规尺寸的玻璃管，制备过程不易折断，可操作性好，成功率高，而且后续仿生膜的研究效果好。端面大，不仅适于后续仿生膜的构建，不易被损坏，而且使用寿命长。当用于仿生膜研究时，漏电电流�。旁氡雀撸视糜谏锎�、DNA测序、药物筛选、通道蛋白功能等方面的研究。
文档编号G01N27/26GK102320564SQ201110257948
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者孙春凤, 张旋, 朱在稳, 毛秉伟, 陈招斌 申请人:厦门大学
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