用于高分子聚合物自组装结构检测的检测体系及检测方法技术

本发明专利技术属于高分子聚合物的分析技术领域，具体涉及一种用于高分子聚合物自组装结构检测的检测体系及检测方法。该检测体系包括纳米孔载体材料、flowcell、检测缓冲液，将纳米孔载体材料安装在flowcell中，制备3

【技术实现步骤摘要】
用于高分子聚合物自组装结构检测的检测体系及检测方法


[0001]本专利技术属于高分子聚合物的分析
，具体涉及一种用于高分子聚合物自组装结构检测的检测体系及检测方法。

技术介绍

[0002]高分子聚合物种类很多，分类方法也有多种，按几何形状来分有线型和体型两类。线型嵌段聚合物中嵌段共聚物因含有不同的嵌段功能片段而展现很好的自组装性能，尤其是两亲性共聚物，通过调节混合溶剂配比能调控聚合物自助装形态。树状大分子属于体型聚合物，由一个中心衍生多重支链，树状分子的分子量是能通过一代一代衍生精确控制的。聚合物的性质不仅和它的化学组成和结构相关，更取决于在溶液体系的自组装构象态。聚合物的聚合度和分子量可以通过传统的凝胶渗透色谱(GPC)和质谱(MALDI
‑
TOF)来表征,聚合物制备的原理决定聚合物的分子量不是固定的。尺寸排阻法的缺陷是聚合物在过凝胶柱时尺寸不是唯一排开体积，还受排开离子和疏水作用影响。质谱也只能给出聚合物的大概分子量，无法提供不同构象态信息。线型和树枝状大分子的物理尺寸可以通过动态光散射(DLS)来表征，但仍受到环境和扩散体系的影响，无法呈现单分子自组装构象态的信息。
[0003]高分子聚合物结构设计和功能拓展在很大程度上依赖于新的表征手段和研究方法的建立。在纳米尺度上研究高分子组装体的结构，能提供功能聚合物单分子构象态信息，有助于建立结构与功能之间的桥梁。扫描探针技术、高分辨透射电镜和近场光学显微镜等一批纳米表征技术的出现，使人们能够很直观地研究超分子组装体的形貌及拓扑结构，这极大地推动了高分子科学的发展。选区电子衍射可以研究超分子组装体在几个纳米尺度上的晶体结构，高分辨电镜可以提供样品微区组分的分析，这些都可以很好地对高分子组装体的化学组成及结构进行表征。核磁共振技术可以提供超分子组装体在溶液中的结构及其结构变化的信息。这些检测技术虽然成功地进行超分子结构鉴定，但存在不同的缺点，它们通常存在需要较长的时间，较为复杂的操作步骤，对操作人员有较高的要求和设备昂贵等问题。
[0004]利用固态纳米孔进行不同嵌段聚合物及树状大分子结构鉴定的方式，至今未见报道。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术在于提供一种基于固态纳米孔单分子电学技术的用于高分子聚合物自组装结构检测的检测体系及检测、鉴别高分子自组装结构(构象态)方法。单分子组装态的表征直接能指导聚合物分子设计及关联功能预测。传统的聚合物的物化属性表征手段大多是对分子量，化学基团，物理组装尺寸及表面形貌的观测，在单分子水平对比不同种类聚合物在溶液中的自组装构象态差异的报道很有限。
[0006]本专利技术首先是构建固态纳米孔单分子检测体系，包括纳米孔载体材料氮化硅薄膜去污处理及电介质击穿纳米孔制备；以及检测缓冲体系的选取及合成聚合物样品的配置；
检测条件的设置及样品信号的采集分析，最后通过检测水溶性均聚物、两亲性嵌段共聚物和树状大分子在水相缓冲体系中，不同分子构象态通过纳米孔时引起的离子电流脉冲特征信号，通过比对电流信号幅值、阻滞时间等得出聚合物分子的体积、表面电荷、伸展状态等构象信息，如图1所示。
[0007]用于高分子聚合物自组装结构检测的检测体系，包括纳米孔载体材料、flowcell、检测缓冲液，将所述纳米孔载体材料安装在所述flowcell中，制备3
‑
4nm的纳米孔道。
[0008]进一步，所述检测缓冲液包括0.5
‑
1.5M KCl、5
‑
15mM Tris、0.5
‑
1.5mM EDTA。
[0009]优选地，所述检测缓冲液包括1M KCl、10mM Tris、1mM EDTA，pH为7
‑
8。
[0010]在某些具体实施例中，为了得到更好的检测信噪比，采用1M KCl、10mM Tris、1mM EDTA(pH 7.4)作为检测缓冲液体系。
[0011]进一步，所述纳米孔载体材料可以选自任何可以市售的纳米孔载体材料，优选为硅基氮化硅薄膜或与其具有相似化学或物理性质的纳米孔载体材料。
[0012]进一步，纳米孔载体材料厚度为13
‑
17nm，优选为15nm。
[0013]更有选地，选择15nm的硅基氮化硅薄膜或与其具有相似化学或物理性质的纳米孔载体材料。
[0014]进一步，所述纳米孔载体材料的窗口大小为9
‑
11μm2，优选为10μm2。
[0015]更优地，选择窗口大小为10μm2的硅基氮化硅薄膜。
[0016]具体地，纳米孔制备芯片是由200um厚度的硅基底上长有15nm膜厚的氮化硅组成。在硅基底中间刻蚀了一个窗口，让窗口上方的氮化硅悬空在硅基底上，对这层悬空氮化硅薄膜进行电击穿制备纳米通道。
[0017]进一步，所述制备3
‑
4nm的纳米孔道的方法可以选择电介质击穿的方式进行制备。
[0018]进一步，flowcell用的是PDMS和PEEK材质的液体池，有较好的疏水性，且耐一定的有机溶剂。PDMS透明，利于观察细节，PEEK不透明，酸碱及有机溶剂耐受性强。
[0019]进一步，所述纳米孔载体材料在使用前，先使用食人鱼洗液进行清洁处理，同时增加亲水性能，提高后续在电解质中的浸润性。
[0020]在某些实施例中，包括：芯片安装在注有1M KCl、10mM Tris、1mM EDTA(pH为8)的缓冲液的flowcell中，采用电介质击穿的方式，制备孔径为3
‑
4nm左右的纳米孔道。
[0021]在某些实施例中，通过膜片钳测定孔道的I
‑
V曲线得到纳米孔电导G，并由模型公式计算纳米孔的实际物理尺寸。其中，所述模型公式为：G＝σ[(4L/πd2)+(1/d)]‑1，其中d为孔径，L为通道长度也即膜厚，σ为缓冲液电导率，G为纳米孔的电导，由I
‑
V测试得出。
[0022]在某些具体实施例中，所述纳米孔载体材料在使用前，首先将硅基氮化硅基片用体积比丙酮：异丙醇：去离子水＝1:1:1的混合溶剂浸泡去除纳米孔表面的无机盐和有机杂质。再将清洗后的纳米孔用食人鱼洗液(V
H2SO4
:V
H2O2
＝3:1)在80℃条件下浸泡1h，然后将硅片置于45℃的去离子水溶液中清洗去除氮化硅薄膜上的酸液，使硅片表面充分羟基化将亲水处理过的硅基氮化硅芯片浸泡在乙醇水溶液(V
去离子水
：V
乙醇
＝1：1)。
[0023]进一步，提供前任一所述的用于高分子聚合物自组装结构检测的检测体系鉴定高分子聚合物自组装结构的方法，所述方法包括；在所述检测体系施加外加电场，检测待检测高分子聚合物通过所述纳米孔道的离子电流信号，根据所述离子电流信号鉴定所述待检测高分子聚合物的自组装结构。
[0024]进一步，所述待检测高分子聚合物为均聚物、嵌段共聚物或树状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于高分子聚合物自组装结构检测的检测体系，其特征在于，包括纳米孔载体材料、flowcell、检测缓冲液，将所述纳米孔载体材料安装在所述flowcell中，制备3
‑
4nm的纳米孔道。2.根据权利要求1所述的检测体系，其特征在于，所述检测缓冲液包括0.5
‑
1.5M KCl、5
‑
15mM Tris、0.5
‑
1.5mM EDTA。3.根据权利要求1所述的检测体系，其特征在于，所述纳米孔载体材料选自硅基氮化硅薄膜。4.根据权利要求3所述的检测体系，其特征在于，所述硅基氮化硅薄膜的窗口大小为9
‑
11μm2。5.利用权利要求1
‑
5任一所述的检测体系鉴定高分子聚合物自组装结构的方法，其特征在于，所述方法包括；在所述检测体系施加外加电场，检测待检测高分子聚合物通过所述纳米孔道的离子电流信号，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁丽媛，秦富鹏，王德强，王忠，朱锐，吴吉，刘月，贺小华，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：