一種交流模式的多參數(shù)納米孔單分子分析儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及納米孔單分子分析技術領域，具體涉及一種交流模式的多參數(shù)納米孔單分子分析儀。
【背景技術】
[0002]納米孔單分子分析技術是以納米孔為分析元件，施加恒電位來測量目標物通過納米孔通道時離子電流的變化而建立的分析方法。目前應用較多的納米孔材料有:α -溶血素，MspA和phi29為主的蛋白納米孔(直徑為1-3納米)以及基于無機材料(硅和氮化硅，氧化鋁，玻璃等)，高分子聚合物和碳納米管、石墨烯等人工固體納米通道(直徑為幾十到幾百納米)。納米孔技術在DNA測序、單分子檢測及單分子化學反應機制研宄等方面有著巨大的應用價值，其應用范圍覆蓋了化學、生物、醫(yī)學、國防、空間探索和食品安全等諸多領域。近五年來，Science和Nature及其子刊雜志已發(fā)表納米孔相關研宄論文與評述文章30余篇。納米孔單分子分析技術是當前世界發(fā)展的重要前沿研宄領域之一，受到國際科學界和高技術儀器公司的廣泛關注和重視。
[0003]目前，納米孔技術的測量方式以恒電位法為主，采用直流恒電位模式來記錄離子的電導電流。分析物在靜電力驅動下，進入納米孔內發(fā)生穿孔事件。分析物通過納米孔引起孔道內部電解質環(huán)境的改變而產生脈沖離子電流的變化，其大小和持續(xù)時間反映了分析物穿過納米孔的信息，通過對大量脈沖電流的統(tǒng)計分析可實現(xiàn)對分析物的檢測。
[0004]然而，施加恒電位測量帶來的納米孔電流變化信號單一，對分析物的選擇性低，靈敏度差，無法提供足夠豐富的信息來研宄分析物穿孔過程中的構象變化和相互作用機制，極大地限制了納米孔技術的應用。恒電位模式下的納米孔測量方法有著不可避免的技術局限性。

【發(fā)明內容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種交流模式的多參數(shù)納米孔單分子分析儀，可以對穿過納米孔的單個分子引起的直流組分電流、交流組分振幅、相位差、阻抗變化等諸多參數(shù)進行檢測，提高納米孔測量的選擇性，應用于多種生物大分子(DNA、RNA、多肽、蛋白等)和藥物分子的篩選和分析檢測。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為:
[0007]一種交流模式的多參數(shù)納米孔單分子分析儀，包括納米孔檢測池，納米孔檢測池的兩支電極和電流放大系統(tǒng)的探頭連接，交流信號發(fā)生系統(tǒng)輸出和電流放大系統(tǒng)輸入連接，電流放大系統(tǒng)的電位輸出和鎖相放大系統(tǒng)的電位入口連接，電流放大系統(tǒng)的電流輸出通過濾波系統(tǒng)和鎖相放大系統(tǒng)的電流入口連接，鎖相放大系統(tǒng)的電位、電流、振幅、相位出口分別和多通道數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)的相應接口連接，多通道數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)和計算機顯示及分析系統(tǒng)連接；
[0008]納米孔檢測池由高絕緣材料制作而成，其內部溶液樣品池分為正、反兩側，中間由納米孔材料隔斷，納米孔選擇生物納米孔U-溶血素)或固態(tài)納米孔(SiN納米孔)，兩支電極分別浸沒于納米孔兩側的溶液中，溶液中含支持電解質，兩支電極同時進行電位施加和納米孔電流檢測，電極為銀/氯化銀電極；
[0009]交流信號發(fā)生系統(tǒng)輸出正弦交流信號，通過電流放大系統(tǒng)在電極之間施加交流電勢；
[0010]電流放大系統(tǒng)實時同步采集電極記錄的電位和電流信號，通過放大電路進行信號放大，并同時輸出電位、電流模擬信號；
[0011]濾波系統(tǒng)采用貝塞爾濾波器，電流放大系統(tǒng)輸出的電流信號進入濾波系統(tǒng)，通過對濾波系統(tǒng)設置截止頻率，對電流的頻率進行低通濾過，即只通過截止頻率以下的信號，將濾出的信號輸出至鎖相放大系統(tǒng)；
[0012]鎖相放大系統(tǒng)接收電位、電流模擬信號，通過相敏檢波，實時輸出振幅和相位差信號;
[0013]多通道數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)接收電位、電流、振幅、相位差信號，并同步輸出至計算機顯示及分析系統(tǒng)，實現(xiàn)納米孔多參數(shù)信號的同步采集，計算機顯示及分析系統(tǒng)根據(jù)采集的多參數(shù)信號，結合生物物理模型，確定分析樣品的特定性質。
[0014]所述的多通道數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)通過軟件進行控制。
[0015]所述的交流信號發(fā)生系統(tǒng)能夠進行一定范圍內頻率、振幅的調節(jié)。
[0016]所述的電流放大系統(tǒng)采用精密微電流測試儀，具備實時同步采集電位、電流的功會K。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果:
[0018]不同于常用的納米孔恒電位記錄方法，本發(fā)明采用分析物穿過納米孔的直流組分電流阻斷時間、阻斷幅度，交流組分振幅、相位差、阻抗，以及所施加交流電勢的頻率、振幅等諸多參數(shù)對分析物穿過納米孔的事件進行評價，可提供更豐富信息。多參數(shù)作為分析信號能夠有效提高分析的選擇性。此外，鎖相放大系統(tǒng)的相敏檢波功能可選擇性檢出特定頻率的信號，可進一步屏蔽噪聲，提高納米孔檢測的信噪比。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結構框圖。
[0020]圖2為本發(fā)明在直流電勢疊加的交流電勢下的分子穿孔信號及各參數(shù)示意圖。
[0021]圖3為實施例中實時記錄的電流Α、交流振幅B、相位差C隨時間變化的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發(fā)明做詳細描述。
[0023]如圖1所示，一種交流模式的多參數(shù)納米孔單分子分析儀，采用模塊集成式結構，由具備相應功能且具備兼容性的設備搭建而成，具體包括納米孔檢測池，納米孔檢測池的兩支電極和電流放大系統(tǒng)的探頭連接，交流信號發(fā)生系統(tǒng)輸出和電流放大系統(tǒng)輸入連接，電流放大系統(tǒng)的電位輸出和鎖相放大系統(tǒng)的電位入口連接，電流放大系統(tǒng)的電流輸出通過濾波系統(tǒng)和鎖相放大系統(tǒng)的電流入口連接，鎖相放大系統(tǒng)的電位、電流、振幅、相位出口分別和多通道數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)的相應接口連接，多通道數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)和計算機顯示及分析系統(tǒng)連接；
[0024]納米孔檢測池由高絕緣材料制作而成，其內部溶液樣品池分為正、反兩側，中間由納米孔材料隔斷，納米孔選擇生物納米孔U-溶血素)或固態(tài)納米孔(SiN納米孔)，兩支電極分別浸沒于納米孔兩側的溶液中，溶液中含支持電解質，兩支電極同時進行電位施加和納米孔電流檢測，電極為銀/氯化銀電極；
[0025]交流信號發(fā)生系統(tǒng)輸出正弦交流信號，通過電流放大系統(tǒng)在電極之間施加交流電勢；
[0026]電流放大系統(tǒng)實時同步采集電極記錄的電位和電流信號，通過放大電路進行信號放大，并同時輸出電位、電流模擬信號；
[0027]濾波系統(tǒng)采用貝塞爾濾波器，電流放大系統(tǒng)輸出的電流信號進入濾波系統(tǒng)，通過對濾波系統(tǒng)設置截止頻率，對電流的頻率進行低通濾過，即只通過截止頻率以下的信號，然后將濾出的信號輸出至鎖相放大系統(tǒng)；
[0028]鎖相放大系統(tǒng)接收電位、電流模擬信號，通過相敏檢波，實時輸出振幅和相位差信號;
[0029]多通道數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)接收電位、電流、振幅、相位差信