基于DNA的PET纳米通道的生物信息分子检测方法及系统

本发明属于生物传感器与生物检测，尤其涉及一种基于dna的pet纳米通道的生物信息分子检测方法及系统。

背景技术：

1、受到生物体内各种纳米离子通道启发，基于纳米技术发明了一系列仿生功能化纳米通道生物传感器。该类材料能够对生物样品中的特定物质进行实时、灵敏的检测。因此，具有广泛的应用领域，涵盖了医学、生物技术、环境监测和食品安全等多个方面。例如，在医学领域，生物传感器被广泛应用于疾病的早期诊断和监测。例如，血糖传感器可以帮助糖尿病患者实时监测血糖水平，从而便于他们及时调整治疗方案。目前，开发的纳米通道生物传感器直接将生物分子修饰在通道表面，并未对其进行精准分区功能化修饰，导致生物传感器在输出信息时会存在一定的误差和灵敏度低等问题。所以急需一种精准功能化修饰、灵敏度高的纳米通道生物传感器。

2、基于此，在目前的相关技术中，研究人员在亚微米级孔洞膜表面通过化学气相沉积法制备的纳米管，来提高纳米通道的比表面积和增加其传导性能来提高生物传感器对生物分子的捕获和分析性能。此外，还通过对纳米通道功能化处理，将生物识别分子如抗体或dna探针修饰纳米通道来实现生物传感器对复杂样品中目标分子的高效捕获。然而，在纳米通道内制备纳米结构材料的难题大，特别是在通道限域空间内的难以精准调控纳米结构的生长尺寸和形貌等；而将生物信息分子直接修饰在纳米通道中，不进行分区处理会导致生物传感器的灵敏度存在明显差异性，难以实现的标准化生产。所以制备一种精准分区修饰dna探针的功能化pet纳米通道的生物传感器在医疗检查和疾病筛选中具有重要的应用且迫在眉睫。

3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

4、（1）为了提高灵敏度，在纳米通道内构筑纳米结构的工艺要求高且尺寸和形貌不可控。

5、（2）已有技术中，将生物信息分子修饰在通道中，不精准分区调控修饰会导致灵敏度不一致，导致假阳性信号的发生。

6、目前最接近的现有技术就是通过对纳米通道进行功能化处理来提高生物传感器对生物信息分子的灵敏度和通道内增加纳米结构来提高通道的比表面积增强生物信息分子接触的概率。这些技术制备的生物传感器多数应用于现代医学检查、疾病早期筛查等领域。现有技术面临的主要问题是在纳米通道中增加比表面积和修饰特异性生物信息分子难以精准调控生物传感器的灵敏度，使其难以实现标准化的生产。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了基于dna的pet纳米通道的生物信息分子检测方法、系统及设备制备方法。

2、本发明是这样实现的，一种基于dna的pet纳米通道的生物信息分子检测方法，包括以下步骤。

3、步骤一，在pet薄膜上构筑锥形纳米通道。

4、步骤二，将预处理后的pet锥形纳米通道表面分别进行喷铬层和喷金层处理，在氩气环境中进行等离子体处理（plasma），通过处理时间调控涂层厚度。

5、通过浸泡在不同序列的核酸分子链中，纳米通道表面成功固定了具有特定功能的核酸分子链，为多种生物检测和分析应用提供了可靠的工具。

6、步骤三，将已经完成的pet完成锥形纳米通道表面修饰不同序列的核酸分子链，将四种不同的dna溶液滴在小孔端表面静置1h，调控通道外面表面的功能化程度。

7、进一步，pet膜在紫外光下进行表面活化，两个表面各1小时。

8、进一步，表面活化好的pet膜一侧加入9m naoh刻蚀液，而另一侧加入相应1m kcl+1m hcooh的阻蚀液，并放入35℃水浴锅中加热，同时从刻蚀液一侧向阻蚀液一侧施加1v直流电压。待孔道连通后等待10min后结束刻蚀，吸掉测试槽内的液体，取出pet膜。

9、进一步，放入1m kcl+1m hcooh阻蚀液中浸泡时间为30min；用去离子水冲洗10次，放入去离子水中浸泡时间为12h以上。

10、进一步，将浸泡去离子水时间为12h，并且pet膜用氮气吹干。

11、进一步，在氩气环境中进行10min plasma，镀2nm cr和2nm au。

12、进一步，步骤三中浸泡时间为60分钟。

13、本发明的另一目的在于提供一种基于dna的pet纳米通道生物信息分子检测系统，该系统包括：

14、一个pet薄膜，其上具有构筑的锥形纳米通道。

15、喷铬和喷金设备，用于在pet锥形纳米通道表面形成涂层，并通过等离子体处理设备调控涂层厚度。

16、核酸分子链修饰设备，用于在pet锥形纳米通道表面修饰不同序列的核酸分子链。

17、其中还包括紫外光活化设备，用于对pet膜进行表面活化，活化时间可设定为各表面1小时。

18、进一步包括：

19、刻蚀设备，配置为使用naoh刻蚀液对活化后的pet膜一侧进行处理。

20、阻蚀设备，配置为使用kcl与hcooh的阻蚀液对pet膜的另一侧进行处理。

21、控制系统，用于在特定温度和电压条件下控制刻蚀过程，其中刻蚀时间为30-60分钟。

22、进一步还包括：

23、冲洗和浸泡设备，用于在刻蚀后对pet膜进行去离子水冲洗和浸泡。

24、等离子体处理控制系统，用于精确控制等离子体处理时间为10分钟，并调控沉积的铬层和金层厚度为2-5纳米。

25、dna制备设备，配置为通过碱基配对原则制备四种不同序列且所带电荷也不同的dna分子链。

26、dna修饰设备，用于将制备好的dna分子链滴加在小孔端的pet锥形纳米通道表面进行功能化修饰，反应时间为1-2小时。

27、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为。

28、第一，本发明是基于简单的工艺流程，能够实现标准化的制备。本发明采用离子径迹刻蚀法制备锥形多纳米孔道。首先携带高能的重离子轰击靶材料（pet膜片），此时靶材料中将产生一定密度的、柱状的潜径迹区，然后在膜片的一侧加入刻蚀液，而另一侧加入相应的阻蚀液，待孔道连通后阻蚀液可与刻蚀液中和，降低该侧孔道的刻蚀速度，从而形成孔径不等的锥形孔道。纳米孔道的孔密度由入射辐照离子的数量决定，可以是一定密度的阵列，也可以是单孔。样品能够进行批量刻蚀，保证纳米通道在同一条件下制备得到，保证以此制备的生物传感器的灵敏度，降低假阳性的产生。

29、本发明利用简单的刻蚀工艺来构筑纳米通道，并调控pet膜在氩气环境中等离子体处理时间来实现表面覆盖铬层和金层的厚度。利用铬层能够提高后续金层的粘合度，让金层更好地在吸附在pet表面，保证后面不同序列的dna分子链（功能层）能够有效地修饰在金层表面，并且提高了该功能层的稳定性。从而提高基于此功能化的生物传感器对生物信息分子捕获的稳定性。

30、本发明通过独特的修饰方式将不同序列的dna修饰在纳米通道的pet外表面，实现外表面精准功能化。利用电化学方法测试每一片pet膜来确定膜的有孔端以及大孔端、小孔端的位置。在pet膜小孔端朝上方向进行铬层和金层沉积处理后，利用核酸分子的碱基a与pet膜金表面的结合力，将dna溶液滴在小孔端表面，使得不同序列的dna分子链修饰在pet膜外表面，实现精准功能化修饰，有效保证了生物传感器灵敏度，而不会因为功能化处理不得当导致的灵敏度过高导致的假阳性，造成临床诊断或是早起筛查的误判。

31、本发明通过修饰不同碱基对的dna分子链在pet膜表面，不同碱基对的分子链对检测液中的阳离子浓度或阳离子的价态的特异性不同。因此，通过调控dna分子链的碱基对能够改变生物传感器的灵敏度，尤其是对于阳离子或是高价态阳离子的生物信息分子，例如人体汗液、血液、尿液中的阳离子含量等。

32、第二，本发明带来的具体技术效果包括：

33、1. 高效准确的分子检测：通过精确控制纳米通道的构筑、表面喷铬和喷金处理及等离子体调控涂层厚度，以及功能化修饰，该系统实现了对生物信息分子的高效捕捉和准确检测。

34、2. 提高检测灵敏度和特异性：利用dna的生物兼容性和可修饰性，结合偶氮苯的光响应性，使得系统能够在不同光照条件下调控离子的跨膜传递特性，进而增强了检测的灵敏度和特异性。

35、3. 优化的检测过程：通过精确控制刻蚀时间、温度和电压等参数，以及优化后的冲洗、浸泡和dna修饰步骤，该系统显著提高了检测过程的效率和准确性。

36、4. 多功能性和可扩展性：系统通过制备不同序列和电荷的dna分子链，实现了对多种生物信息分子的检测能力，同时，这种方法的可扩展性也为未来更多种类的生物分子检测提供了。

37、综上所述，这些技术效果共同提升了基于dna的pet纳米通道生物信息分子检测系统的性能，使其在生物传感与检测领域具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种基于dna的pet纳米通道的生物信息分子检测方法，其特征在于，包括以下步骤：调控刻蚀参数在pet膜上构筑统一的锥形纳米通道便于批量化生产；对pet锥形纳米通道小孔端外表面喷铬和喷金处理，在氩气环境中进行等离子体处理时间调控涂层厚度，保证dna分子链在小孔端外表面精准修饰，实现检测系统具有优异的灵敏度；通过在pet锥形纳米通道表面修饰不同序列的dna分子链，具体为将四种不同的dna分子链在小孔端外表面修饰，以调控通道外表面的功能化程度，实现锥形纳米通道对阳离子或是高价态阳离子的特异性检测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，pet膜在紫外光下进行表面活化的步骤，活化时间为各表面1小时。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，表面活化后的pet膜处理方式为：一侧加入naoh刻蚀液，另一侧加入kcl和hcooh的阻蚀液。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，刻蚀过程在35℃水浴锅中进行，同时从刻蚀液一侧向阻蚀液一侧施加1v直流电压，刻蚀时间为30-60分钟。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，刻蚀结束后，去离子水冲洗并浸泡12小时以上。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，等离子体处理时间为10分钟，沉积的铬层和金层厚度为2-5纳米；并通过碱基配对原则，制备四种不同序列且所带电荷也不同的dna分子链；将这些dna分子链溶液滴加在小孔端的pet锥形纳米通道表面进行功能化修饰，反应时间为1-2小时。

7.一种基于dna的pet纳米通道生物信息分子检测系统，其特征在于，该系统包括：

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括紫外光活化设备，用于对pet膜进行表面活化，活化时间可设定为各表面1小时。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明属于新一代信息技术，生物传感器与生物检测技术领域，公开了一种基于DNA的PET纳米通道的生物信息分子检测方法及系统，通过离子径迹刻蚀法制备锥形多纳米孔道，对PET膜材料进行预处理；将预处理后的PET膜材料的小孔端表面进行沉积铬层和金层，沉积合适的厚度。利用碱基配对的原则进展制备不同序列的DNA分子链，将DNA溶液滴加在小孔端的金表面进行功能化处理，反应2小时后进行表面清洗。通过修饰不同序列的DNA分子链来调控表面对阳离子检测的灵敏度和精准度。本发明通过DNA对PET纳米通道外表面的精准功能化处理，能够实现良好的检测精准度，这对疾病的早期筛查和医学检测上提供了具有潜在价值的快速可靠的测试方法。

技术研发人员：王大贵,许洪铨,王德辉,段志娟
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23