1.本发明涉及纳米颗粒检测技术领域，尤其涉及一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法。
背景技术：2.经过几十年的发展，纳米孔逐渐发展成为热门的单分子操作与检测技术。与传统的化学检测方法相比，纳米孔测序是基于检测离子电流的方法，更多依赖于物质的物理性质。其基本原理是当直流电场施加在微腔的上下侧时，在纳米通道处可以产生一个稳定的可检测的离子电流，当颗粒在电泳的作用下穿过纳米孔时会导致离子电流的大小发生改变，通过检测电流能感知出颗粒的种类以及性质。这项技术广泛应用于金属离子、dna、蛋白质、病毒等生物大分子以及一些人工合成的纳米颗粒的检测。然而，纳米孔检测目前所面临的挑战之一就是如何减缓并控制颗粒在纳米孔内的位移。
技术实现要素：3.本发明的目的在于提供一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法，包括下列步骤：
5.搭建带有纳米孔、栅电极的检测平台，将检测平台一端与电源正极端相连，另一端与电源负极端相连；
6.将待测微钠颗粒放入任一微腔，启动电源，计算待测微钠颗粒在电场作用下的第一运动速度；
7.根据待测微钠颗粒在电场作用下的第一运动速度，在向栅电极施加-0.5v至0.5v的电势，实现待测微钠颗粒在通过纳米孔时的速度调节。
8.本发明第一方面所述的一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法，其应用于检测平台中，检测平台由多个微腔、纳米孔、电源构成，所述微腔之间通过纳米孔相连通，至少一个微腔与电源正极端相连，另一个微腔与电源负极端相连，所述纳米孔外侧设有环形的栅电极，所述栅电极用于接收外界施加的电势。
9.可选的，所述微腔中均设置有电解质溶液，浓度为25mol/m3，温度为300k。
10.可选的，所述纳米孔的孔径为6纳米，厚度为18纳米，所述微腔内腔的长度为52纳米，宽度为25纳米。
11.可选的，所述栅电极长度小于12nm。
12.与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：
13.本发明提供的一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法，通过调节栅电极电势的方式来主动调节待测微钠颗粒通过纳米孔的速度，增加电流响应时间，从而增加检测精确性。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明提供的一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法的流程图；
16.图2为本发明提供的一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法的速度曲线示意图；
17.图3为本发明提供的检测平台结构图。
18.图中，1正极端，2上微腔，3纳米孔,4栅电极，5下微腔，6待测微钠颗粒，7负极端，8电源。
具体实施方式
19.为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。
20.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
21.应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。
22.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
23.为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
24.参见图1至图2，一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法，其特征在于，包括下列步骤：
25.s1、搭建带有纳米孔3、栅电极4的检测平台，将检测平台一端与电源8正极端1相连，另一端与电源8负极端7相连；
26.s2、将待测微钠颗粒6放入任一微腔，启动电源8，计算待测微钠颗粒6在电场作用
下的第一运动速度；
27.s3、根据待测微钠颗粒6在电场作用下的第一运动速度，在向栅电极4施加-0.5v至0.5v的电势，实现待测微钠颗粒6在通过纳米孔3时的速度调节。
28.本发明所述的一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法，其应用于检测平台中，检测平台由多个微腔、纳米孔3、电源8构成，所述微腔之间通过纳米孔3相连通，至少一个微腔与电源8正极端1端相连，另一个微腔与电源8负极端7相连，所述纳米孔3外侧设有环形的栅电极4，所述栅电极4用于接收外界施加的电势，主要通过调节栅电极4的电势来调节待测微钠颗粒6在通过纳米孔3的速度，当电源8施加的电流分别作用在微腔上时，在电场驱动下，带电的待测微钠颗粒6会朝与电源8正极端1相连的微腔方向移动，即待测微钠颗粒6会穿过纳米孔3到达另一微腔中，此时待测微钠颗粒6的第一速度与微腔中电解液的流场速度相同。
29.当栅电极4电势由0v变为负值时，会在纳米孔3内产生与待测微钠颗粒6输运方向相反的电渗流，对待测微钠颗粒6的运动构成排斥力，使得待测微钠颗粒6的速度小于第一速度，特别是栅电极4电势vg＝-0.5v时，通过线图中的线条斜率可以得知，待测微钠颗粒6在纳米孔3中的速度最慢。待测微钠颗粒6在纳米孔3内持续运动时，排斥力会逐渐转移到颗粒的下方，进而促进颗粒的输运，即颗粒在离开纳米孔3时速度达到最大值；
30.另外，由于带负电的颗粒出现在连接到正极的孔口端会增加孔口附近的反离子浓度，会引起颗粒过孔后的离子电流增加，既导致了电流堵塞，当栅电极4电势由0v变为负值时，待测微钠颗粒6会引发电流堵塞，当栅电极4电势vg＝-0.5v时待测微钠颗粒6所引发的电流堵塞最大，使得待测微钠颗粒6在纳米孔3中的速度最慢。
31.当栅电极4的电势由0v变成正值时，会在纳米孔3内产生与待测微钠颗粒6输运方向相同的电渗流，对待测微钠颗粒6的运动构成吸引力，特别是栅电极4电势vg＝0.5v时，待测微钠颗粒6与纳米孔3之间的吸引力会促进颗粒的输运，因此待测微钠颗粒6在达到纳米孔3时，速度就达到最大值。
32.同理，当栅电极4的电势由0v变成正值时，纳米孔3内的电渗流与待测微钠颗粒6输运方向相同，会促进纳米孔3内的离子输运，因此产生的电流阻塞程度较小，栅电极4电势vg＝0.5v时，颗粒穿过纳米孔3引起电流阻塞的程度最小，此时待测微钠颗粒6在纳米孔3中的速度最快。
33.参见图3，本发明第二方面提供了检测平台，检测平台由多个微腔、纳米孔3、电源8构成，所述微腔之间通过纳米孔3相连通，至少一个微腔与电源8正极端1相连，另一个微腔与电源8负极端7相连，所述纳米孔3外侧设有环形的栅电极4，所述栅电极4用于接收外界施加的电势，其中微腔的数量为两个，将其中一个微腔设为上微腔2，将另一微腔设为下微腔5，上微腔2与电源8正极端1相连，下微腔5与电源8负极端7相连，并且每个微腔中均放置电解质溶液，当启动电源8时，在电源8电场的作用下，带负电的的待测微钠颗粒6会朝与电源8正极端1相连的微腔方向移动，即待测微钠颗粒6会穿过纳米孔3到达另一微腔中，此时待测微钠颗粒6的第一速度与微腔中电解液的流场速度相同，此时通过向栅电极4施加施加-0.5v至0.5v的电势，可在纳米孔3内形成与待测微钠颗粒6输送方向相同/相反的电渗流，当所形成的电渗流与待测微钠颗粒6输送方向相同时，能提高待测微钠颗粒6通过纳米孔3的速度，当所形成的电渗流与待测微钠颗粒6输送方向相反时，能提降低待测微钠颗粒6通过
纳米孔3的速度。
34.具体的，在微腔中均设置有kcl电解质溶液，浓度为25mol/m3，温度为300k，而其待测微钠颗粒6表面电荷密度为-0.01库仑每平方米,颗粒半径为3纳米
35.具体的，通过刻蚀的方式在硅基衬底上设置两个微腔，采用离子束轰击的方式将两个微腔打通制作的一个纳米孔3，所述纳米孔3的孔径为6纳米，厚度为18纳米，所述微腔内腔的长度为52纳米，宽度为25纳米。
36.具体的，所述电源8的施加电压为0.07-0.34v。
37.具体的，所述栅电极4长度小于12nm，栅电极4长度越长，在相同位置颗粒的输运速度就越大。这是由于栅电极4长度越长，在纳米孔3内形成的电渗流区域变大，对颗粒运动的作用范围就越大。在纳米孔3内产生电渗流方向与颗粒输运方向一致，因此对颗粒的输运有一定的促进作用，即颗粒的输运速度会随之增大。
38.同时，栅电极4长度越长，产生的电流阻塞程度越小。这是由于栅电极4长度越长，栅电极4在纳米孔3内引起的电渗流区域变大，离子输运的效率就越高，有效抵消了部分由于颗粒引起的电流堵塞。
39.但当栅电极4长度lg＝12nm，栅电极4电势vg＝-0.5v时，颗粒无法穿过纳米孔3，即颗粒在纳米孔3附近被捕获。这是由于纳米孔3内部的局部电场强度较大，当颗粒靠近纳米孔3时，颗粒与纳米孔3之间的相互作用导致的排斥力大于颗粒所受到的电驱动力以及电渗流产生的驱动力，颗粒无法继续向上运动。
40.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
技术特征：1.一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法，其特征在于，包括下列步骤：搭建带有纳米孔、栅电极的检测平台，将检测平台一端与电源正极端相连，另一端与电源负极端相连；将待测微钠颗粒放入任一微腔，启动电源，计算待测微钠颗粒在电场作用下的第一运动速度；根据待测微钠颗粒在电场作用下的第一运动速度，在向栅电极施加-0.5v至0.5v的电势，实现待测微钠颗粒在通过纳米孔时的速度调节。2.根据权利要求1所述的一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法，其特征在于，所述调节方法应用于检测平台中，所述检测平台由多个微腔、纳米孔、电源构成，所述微腔之间通过纳米孔相连通，至少一个微腔与电源正极端相连，另一个微腔与电源负极端相连，所述纳米孔外侧设有环形的栅电极，所述栅电极用于接收外界施加的电势。3.根据权利要求2所述的一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法，其特征在于，所述微腔中均设置有电解质溶液，浓度为25mol/m3，温度为300k。4.根据权利要求2所述的一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法，其特征在于，所述纳米孔的孔径为6纳米，厚度为18纳米，所述微腔内腔的长度为52纳米，宽度为25纳米。5.根据权利要求2所述的一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法，其特征在于，所述栅电极长度小于12nm。
技术总结本发明提供一种基于纳米通道的颗粒运输速度调节方法，包括下列步骤：搭建带有纳米孔、栅电极的检测平台，将检测平台一端与电源正极端相连，另一端与电源负极端相连；将待测微钠颗粒放入任一微腔，启动电源，计算待测微钠颗粒在电场作用下的第一运动速度；根据待测微钠颗粒在电场作用下的第一运动速度，在向栅电极施加-0.5V至0.5V的电势，实现待测微钠颗粒在通过纳米孔时的速度调节。通过纳米孔时的速度调节。通过纳米孔时的速度调节。
技术研发人员：周腾 黄志维 葛鉴 史留勇
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/11/1
