一种光控纳米孔的单分子可控输出装置及其使用方法

摘要

本发明专利公开了一种光控纳米孔的单分子可控输出装置及其使用方法，通过在纳米孔两侧连接装有离子溶液的液池，通过开启光源光照射纳米孔，使其壁面电荷密度增大，在外加电压作用下产生电渗流，过孔分子受到的阻力增大，过孔速度减缓，并被捕捉于孔内，关闭光源则孔内分子电泳过孔，达到单分子输出可控的目的，在已知单分子的情况下，能够有效地实现光控纳米孔输出单个分子，为制备乳状液滴提供了很重要的技术基础，对于涉及乳状液制备的各行业具有重大意义。

权利要求

1.一种光控纳米孔的单分子可控输出装置，含有外加电压，其特征在于：包括光源、聚焦物镜和纳米孔，所述光源经聚焦物镜传送至纳米孔，所述纳米孔两侧连接液池，所述液池中装有离子溶液,所述纳米孔直径在轴向和径向上均大于过孔分子直径，所述过孔分子被捕捉于纳米孔内。

2.如权利要求1所述的一种光控纳米孔的单分子可控输出装置，其特征在于：还包括滤波器，所述滤波器位于聚焦物镜与纳米孔之间。

3.如权利要求1或2所述的一种光控纳米孔的单分子可控输出装置，其特征在于：所述光源为激光器。

4.如权利要求3所述的一种光控纳米孔的单分子可控输出装置，其特征在于：所述纳米孔固定于纳米定位仪上，所述纳米定位仪安装在共聚焦装置中。

5.如权利要求1所述一种光控纳米孔的单分子可控输出装置的使用方法，其特征在于：打开光源，纳米孔壁面电荷密度增大，产生净电荷，发生与过孔分子相反的电渗流，所述过孔分子过孔速度减缓，并被捕捉于孔内。

6.如权利要求5所述一种光控纳米孔的单分子可控输出装置的使用方法，其特征在于：再次关闭光源，孔内过孔分子被释放，外加电压驱动下通过纳米孔，实现光控纳米孔的单分子输出。

说明书

一种光控纳米孔的单分子可控输出装置及其使用方法

[0001] 所属领域

[0002] 本发明属于纳米孔分子技术领域，具体涉及一种光控纳米孔的单分子可控输出装置及其使用方法。

背景技术

[0003] 微液滴技术是在微尺度通道内，利用流动剪切力与表面张力之间的相互作用，将连续流体分割分离成离散的纳升级及以下体积液滴的一种微纳技术，是近年来发展迅猛的一种全新的操纵微小液体体积的技术，由于其短时间内可以产生大量微反应器，内部试样混合反应迅速，作用时间明显少，反应器体积又可以缩小至与单细胞体积相似，有利于进行单细胞和单分子层次的研究，同时被不互溶相隔离的液滴可作为单独的微反应器，经长时间反应或传输不会出现稀释和交叉污染，因而被广泛推崇，其中乳状液是最具代表的形式之一，乳状液是一种或几种液体以微液滴形式分散在另一不相溶的液体中，构成具有相当稳定的多相分散体系，被广泛应用于食品、医药品、化妆品、农药等各行业中。

[0004] 乳状液的性质很大程度上取决于乳状液的液滴大小、乳状液的稳定性及液滴所含目标分子，目前制备乳状液的技术有界面聚合法、喷雾法、空气悬浮法、复凝聚法、油相分离法等，但是在乳状液的制备过程中，油滴包裹液滴时，液滴不能确定所含的目标分子，因而这些方法普遍存在包埋率低的问题。即使是利用微流控技术生产的乳状液，虽然提高了包埋率，但是无法从单分子层面控制装载量。所以如何克服目标分子的不确定性，实现单分子输出，就成为了现有纳米孔分子技术领域迫切需要改进和解决的问题。

发明内容

[0005] 本发明正是针对现有技术中的问题，提供了一种基于光控纳米孔的单分子可控输出装置及其使用方法，通过在纳米孔两侧连接装有离子溶液的液池，通过开启光源光照射纳米孔，使其壁面电荷密度增大，在外加电压作用下产生电渗流，过孔分子受到的阻力增大，过孔速度减缓，并被捕捉于孔内，关闭光源则孔内分子电泳过孔，达到单分子输出可控的目的，在已知单分子的情况下，能够有效地实现光控纳米孔输出单个分子，为制备乳状液滴提供了很重要的技术基础，对于涉及乳状液制备的各行业具有重大意义。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光控纳米孔的单分子可控输出装置，包括光源、聚焦物镜和纳米孔，所述光源经聚焦物镜传送至纳米孔，所述纳米孔两侧连接液池，所述液池中装有离子溶液。

[0007] 作为本发明的一种改进，所述纳米孔直径在轴向和径向上均大于过孔分子直径。

[0008] 作为本发明的一种改进，还包括滤波器，所述滤波器位于聚焦物镜与纳米孔之间。

[0009] 作为本发明的另一种改进，所述光源为激光器。

[0010] 作为本发明的更进一步改进，所述纳米孔固定于纳米定位仪上，所述纳米定位仪安装在共聚焦装置中。

[0011] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光控纳米孔装置的使用方法，关闭光源，外接膜片钳，通过膜片钳直接观测到过孔分子的过孔信号。

[0012] 作为本发明的一种改进，打开光源，纳米孔壁面电荷密度增大，产生净电荷，发生与过孔分子相反的电渗流，所述过孔分子过孔速度减缓，并被捕捉于孔内。

[0013] 作为本发明的又一种改进，再次关闭光源，孔内过孔分子被释放，外加电压驱动下通过纳米孔，实现光控纳米孔的单分子输出。

[0014] 与现有技术相比，本发明专利的技术效果及优势为：

[0015] (1)纳米孔本身具有稳定性高、持续时间长、可重复性好等优异性能，通过纳米孔两侧连接装有离子溶液的液池，利用照射纳米孔，以达到减缓分子过孔速度并被捕获的目的，实现单分子通过。

[0016] (2)纳米孔直径可以根据不同的过孔分子可变，只要纳米孔直径大于过孔分子直径，就能具备较好效果，实现根据有无光源信号准确控制纳米孔输出单个分子，使用灵活，适用范围更加广泛。

[0017] (3)滤波器可以用于去除任何弹性散射光，得到更为聚焦的光源，光控纳米孔装置的工作效率更高，效果更好。

[0018] (4)激光器可以在亚微秒时间尺度内轻松打开或关闭，实现光源的瞬间开启或关闭，从而在微秒内在纳米孔中引起壁面电荷变化，因而光源选用激光器，进一步提高了光控纳米孔装置的使用稳定性和准确性，减少误差。

[0019] (5)纳米孔固定在纳米定位仪上，可达到亚纳米级精度，纳米定位仪安装在共聚焦装置中，以便调节聚焦激光束照射纳米孔，操作更加准确。

附图说明

[0020] 图1是本发明光控纳米孔装置的结构示意图；

[0021] 图2a是本发明光控纳米孔装置在光源关闭时的方法原理示意图；

[0022] 图2b是本发明光控纳米孔装置在光源打开时的方法原理示意图。

[0023] 图中：1.激光器、2.小功率绿色激光、3.聚焦物镜、4.聚焦绿色激光束、5.纳米孔、6.净电荷、7.过孔分子。

具体实施方式

[0024] 以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

[0025] 实施例1

[0026] 一种光控纳米孔的单分子可控输出装置，如图1所示，包括光源、聚焦物镜3和纳米孔5，其中本实施例光源采用激光器1，所述激光器1发射小功率绿色激光2，小功率绿色激光2被扩展以完全填充光学聚焦物镜3的后孔，还包括滤波器，所述滤波器位于聚焦物镜3与纳米孔5之间，小功率绿色激光2经过光学聚焦物镜3后，通过滤波器，去除任何弹性散射光，此时得到的聚焦绿色激光束4，纳米孔5的两侧连接装有离子溶液的液池，外接膜片钳，可实时观测到单分子的过孔信号。

[0027] 所述纳米孔5直径可以根据不同的过孔分子可变，只要纳米孔5直径在轴向和径向上均大于过孔分子直径，就能具备较好效果，实现根据有无光源信号准确控制纳米孔输出单个分子，使用灵活，适用范围更加广泛，同时此实施例光源选用了激光器1，激光器1可以在亚微秒时间尺度内轻松打开或关闭，实现光源的瞬间开启或关闭，从而在毫秒内在纳米孔中引起壁面电荷变化，进一步提高了光控纳米孔装置的使用稳定性和准确性，减少误差。

[0028] 所述纳米孔还可以固定于纳米定位仪上，纳米定位仪安装在共聚焦装置中，因为纳米定位仪可达到亚纳米级精度，准确度更高，也更便于调节聚焦激光束照射纳米孔，操作更加便捷准确。

[0029] 实施例2

[0030] 一种光控纳米孔的单分子可控输出装置的使用方法，光控纳米孔装置包括光源、聚焦物镜3和纳米孔5，光源采用激光器1发射小功率绿色激光2，还包括滤波器，所述滤波器位于聚焦物镜3与纳米孔5之间，小功率绿色激光2被扩展以完全填充光学聚焦物镜3的后孔，经过光学聚焦物镜3后，通过滤波器，去除任何弹性散射光，此时得到的聚焦绿色激光束4，纳米孔5的两侧连接装有离子溶液的液池，外接膜片钳，可实时观测到单分子的过孔信号。

[0031] 根据光源开启与关闭的每个单次动作，控制纳米孔输出单分子。如图2a所示，当光源处于关闭状态时，过孔分子7电泳过孔，通过膜片钳可观测到过孔信号；如图2b所示，当光源处于开启状态时，纳米孔的壁面电荷密度增大，使孔壁附近产生净电荷6，在外加电压下产生与过孔分子相反的电渗流，阻碍分子过孔并将分子捕获于纳米孔5内，若光源开关再次关闭，则孔内分子被释放，将在外加电压驱动下通过纳米孔5，由此实现光控纳米孔的单分子输出。

[0032] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。