專利名稱：可實(shí)現(xiàn)高靈敏度分子檢測(cè)和分析的具有納米孔的裸露的單層石墨烯膜的制作方法
可實(shí)現(xiàn)高靈敏度分子檢測(cè)和分析的具有納米孔的裸露的單層石墨烯膜相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求于2009年9月18日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/243，607的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合到本文中。本申請(qǐng)還要求于2010年6月16日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/355，528的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合到本文中。關(guān)于聯(lián)邦資助研究的聲明 本發(fā)明是在美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)頒發(fā)的合同號(hào)為2R01HG003703-04的政府資助下做出的。政府在本發(fā)明中享有一定權(quán)利。背景
本發(fā)明總體上涉及分子檢測(cè)和分析，更具體地講，涉及納米孔的配置(configuration),其布置(arrange)為用于檢測(cè)穿過(guò)納米孔而移位(translocate)的分子。包括生物分子(例如多核苷酸例如生物聚合物核酸分子DNA、RNA和肽核酸(PNA)以及蛋白質(zhì)和其它生物分子)在內(nèi)的分子的檢測(cè)、表征、鑒定和測(cè)序，是重要而不斷發(fā)展的研究領(lǐng)域。目前非常需要能以快速、可靠而便宜的方式測(cè)定聚合物分子的雜化狀態(tài)、構(gòu)型、單體堆積(monomer stacking)和序列的方法。在聚合物合成和制造方面的進(jìn)展以及在生物研發(fā)和藥物方面的進(jìn)展，尤其是在基因治療、新藥物開(kāi)發(fā)和患者與合適治療的匹配等領(lǐng)域的進(jìn)展，大部分都依賴于這些方法。在用于分子分析的一種方法中，已經(jīng)證明分子例如核酸和蛋白質(zhì)可穿過(guò)天然或固態(tài)納米級(jí)的孔或納米孔而轉(zhuǎn)運(yùn)，并且可通過(guò)穿過(guò)納米孔的轉(zhuǎn)運(yùn)和在其轉(zhuǎn)運(yùn)期間，辨別分子特性，包括其鑒定、其雜化狀態(tài)、其與其它分子的相互作用及其序列(即組成聚合物的單體的線性次序)?？赏ㄟ^(guò)例如電泳或其它移位機(jī)制來(lái)完成分子穿過(guò)納米孔的轉(zhuǎn)運(yùn)。在將納米孔用于分子分析的一種特別受歡迎的配置中，離子電流穿過(guò)納米孔的流動(dòng)作為液體離子溶液而被監(jiān)測(cè)，并且提供在該溶液中待研究的分子穿過(guò)納米孔。當(dāng)離子溶液中的分子穿過(guò)納米孔而移位時(shí)，這些分子至少部分地阻斷液體溶液、以及溶液中的離子穿過(guò)納米孔而流動(dòng)。可測(cè)量穿過(guò)納米孔的離子電流的減少來(lái)檢測(cè)這種對(duì)離子溶液的阻斷。采用使單分子跨越納米孔的配置，已經(jīng)證明該離子阻斷測(cè)量技術(shù)成功檢測(cè)出單個(gè)分子的納米孔移位事件。理想地，這種用于分子分析的離子阻斷測(cè)量技術(shù)，正如已經(jīng)提出的其它技術(shù)一樣，應(yīng)當(dāng)使得能夠在單一單體分辨級(jí)別上進(jìn)行高靈敏度和分辨率的分子表征。對(duì)單一單體特性的明確分辨對(duì)于可靠應(yīng)用(例如生物分子測(cè)序應(yīng)用)而言是至關(guān)重要的。但是在實(shí)踐中，尤其是用于固態(tài)納米孔的配置中，這種性能難以達(dá)到。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)其中形成納米孔的一層或多層材料的厚度來(lái)測(cè)定的固態(tài)納米孔的長(zhǎng)度，影響了穿越納米孔的分子性質(zhì)，并直接限制了對(duì)納米孔中的分子進(jìn)行檢測(cè)和分析的靈敏度和分辨率。發(fā)明概述
提供了克服常規(guī)傳感器的靈敏度和分辨率限制的納米孔傳感器。在一個(gè)這樣的實(shí)例中提供了納米孔傳感器，其包括具有介于第一膜表面和第一膜表面對(duì)面的第二膜表面之間小于約I nm厚度的固態(tài)膜。納米孔延伸穿過(guò)介于所述第一和第二膜表面之間的膜厚度并且其直徑大于膜厚度。從所述第一膜表面到第一貯池(reservior)具有連接，以在所述第一膜表面將離子溶液中的物質(zhì)提供給所述納米孔，并且從所述第二膜表面到第二貯池具有連接，以便在所述物質(zhì)和離子溶液穿過(guò)所述納米孔而從所述第一膜表面向所述第二膜表面移位之后，收集所述物質(zhì)和離子溶液。連接電路，以監(jiān)測(cè)離子溶液中的物質(zhì)穿過(guò)膜中納米孔的移位。這種納米孔傳感器可提供為石墨烯(graphene)納米孔傳感器。在此提供了包括納米孔的基本裸露的、單層石墨烯膜，所述納米孔從第一石墨烯膜表面向第一石墨烯膜表面對(duì)面的第二石墨烯膜表面延伸穿過(guò)所述石墨烯膜的厚度。從所述第一石墨烯膜表面到第一貯池的連接，在所述第一石墨烯膜表面將離子溶液中的物質(zhì)提供給所述納米孔，并且提供從所述第二石墨烯膜表面到第二貯池的連接，以便在所述物質(zhì)和離子溶液穿過(guò)所述納米孔而從所述第一石墨烯膜表面向所述第二石墨烯膜表面移位之后，收集所述物質(zhì)和離子溶液。電路連接在所述納米孔對(duì)側(cè)，以測(cè)量離子電流穿過(guò)所述石墨烯膜中的納米孔的流動(dòng)。在另一石墨烯納米孔傳感器中，基本裸露的、單層石墨烯膜包括納米孔，所述納米孔從第一石墨烯膜表面向第一石墨烯表面對(duì)面的第二石墨烯膜表面延伸穿過(guò)所述石墨烯膜的厚度并且其直徑小于約3 nm且大于石墨烯厚度。電路連接在所述納米孔對(duì)側(cè)，以測(cè)量離子電流穿過(guò)所述石墨烯膜中的納米孔的流動(dòng)。這些配置可實(shí)現(xiàn)用于評(píng)價(jià)聚合物分子的方法，其中待評(píng)價(jià)的聚合物分子在離子溶液中提供。離子溶液中的聚合物分子通過(guò)基本裸露的、單層石墨烯膜中的納米孔從第一石墨烯膜表面向第一石墨烯表面對(duì)面的第二石墨烯膜表面移位，并監(jiān)測(cè)離子電流穿過(guò)所述石墨烯膜中的納米孔的流動(dòng)。這些傳感器的布置和傳感方法可實(shí)現(xiàn)高分辨率、高靈敏度分子檢測(cè)和分析，從而達(dá)到對(duì)聚合物中的空間鄰近的(closely-spaced)單體的檢測(cè)，并因此序貫分辨由例如DNA聚合物鏈中的各單體所導(dǎo)致的不同離子阻斷。根據(jù)以下描述和附圖以及權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢(shì)將會(huì)清楚明了。附圖簡(jiǎn)述
圖I是用于通過(guò)測(cè)量穿過(guò)納米孔的離子流動(dòng)而檢測(cè)分子的實(shí)例石墨烯納米孔裝置的示意性透視 圖2A — 2E是膜中6個(gè)理論納米孔的示意性側(cè)面圖，每個(gè)納米孔的直徑為2. 4 nm,納米孔長(zhǎng)度范圍分別為O. 6 nm、l nm、2 nm、5 nm和10 nm,在各個(gè)區(qū)域穿過(guò)各納米孔的平均離子電流密度為納米孔中所示的箭頭長(zhǎng)度；
圖3是離子電流阻斷的曲線圖，定義為穿過(guò)未阻斷納米孔的離子電流與穿過(guò)用所指出直徑的分子阻斷的相同納米孔的離子電流之間差異的絕對(duì)值，用3M KCl離子溶液和納米孔偏壓160 mV，對(duì)于具有2. 5 nm直徑和有效長(zhǎng)度為O. 6 nm、2 nm、5 nm和10 nm的納米孔而言； 圖4是實(shí)驗(yàn)性石墨烯膜的X射線衍射圖，顯示來(lái)自石墨烯單層中碳原子的六方堆積的必需(requisite)六方晶格；
圖5是顯示膜的單層石墨烯的實(shí)驗(yàn)性石墨烯膜的拉曼位移測(cè)量(Raman shiftmeasurement)圖；圖6是實(shí)驗(yàn)測(cè)量的離子電流數(shù)據(jù)隨施加在實(shí)驗(yàn)性石墨烯膜順側(cè)(cisside)和反側(cè)(trans side)的3M KCl離子溶液間的偏壓而變化的圖； 圖7顯示圖6的圖和離子電流隨包括8 nm寬納米孔的實(shí)驗(yàn)性石墨烯膜的電壓而變化的 圖8是離子電導(dǎo)隨納米孔直徑而變化的圖，對(duì)于長(zhǎng)度為O. 6 nm、2 nm和10 nm的納米孔而言；
圖9是當(dāng)DNA片段穿過(guò)納米孔而移位時(shí)，所測(cè)離子電流隨時(shí)間而變化的圖，對(duì)于實(shí)驗(yàn)性石墨烯膜中2. 5 nm納米孔而言；


圖10A-10C是取自圖9的圖的所測(cè)離子電流隨時(shí)間變化的圖，詳細(xì)顯示以單行方式(in single-file fashion)、部分折疊方式和半折疊方式的DNA納米孔移位的電流概況(current profile)；
圖11是400個(gè)移位事件的離子電流阻斷隨DNA在石墨烯膜納米孔中移位而變化的和
圖12是離子電流阻斷的百分比變化隨穿過(guò)納米孔的距離而變化的圖，對(duì)于O. 6 nm長(zhǎng)的納米孔和I. 5 nm長(zhǎng)的納米孔而言。詳述
圖I是實(shí)例石墨烯納米孔分子表征裝置10的示意性透視圖。為了論述清楚，圖I所示的裝置特征并非按比例顯示。如圖I所示，在裝置中，在裸露的、單層石墨烯膜14中提供了納米級(jí)的孔徑即納米孔12。石墨烯膜是自支持的，意即在膜的范圍下沒(méi)有結(jié)構(gòu)來(lái)支持該膜。在膜邊緣，可提供例如支持框架16，其繼而可在支持基底或其它結(jié)構(gòu)18上提供。將自支持的裸露的石墨烯膜配置在流體池中，使得在石墨烯膜的第一側(cè)或順側(cè)具有與含有包含待表征分子20的液體溶液的第一液體貯池或液體供給的連接，而在石墨烯膜的第二側(cè)或反側(cè)具有與第二液體貯池的連接，其中表征的分子經(jīng)穿過(guò)石墨烯納米孔12的移位而轉(zhuǎn)運(yùn)。在石墨烯納米孔的一個(gè)應(yīng)用中，如圖所示，待表征的分子20包括具有待表征的核苷堿基22序列的單鏈DNA分子(ssDNA)，例如通過(guò)測(cè)定沿各ssDNA主鏈的堿基序列的同一性。為了論述清楚，該測(cè)序?qū)嵗谝韵旅枋鲋袑⒈徊捎?，但這并非石墨烯納米孔表征裝置的唯一應(yīng)用。另外，以下所述的測(cè)序操作并不限于DNA的實(shí)例；同樣可表征多核苷酸RNA。石墨烯納米孔裝置所能實(shí)現(xiàn)的分子表征包括各種各樣的分析，包括例如測(cè)序、雜交檢測(cè)、分子相互作用的檢測(cè)和分析、構(gòu)型檢測(cè)和其它分子表征。待表征的分子20 —般而言可包括任何分子，包括聚合物和生物分子(例如蛋白質(zhì)、核酸例如多核苷酸DNA和RNA、糖聚合物和其它生物分子)。因此以下論述并非意欲僅限于具體的實(shí)施方案，而是提供用于分子表征的多種實(shí)施方案中的一個(gè)實(shí)例的詳情。給圖I的石墨烯納米孔提供用于使分子20穿過(guò)裸露的、自支持的、單層石墨烯膜而穿越納米孔的特征性布置。例如，可提供浸入石墨烯膜14任一側(cè)的溶液中的氯化銀電極24、26，用于控制跨越石墨烯膜的各溶液的電壓。在膜相對(duì)側(cè)的兩種溶液中的電極間施加偏壓24，使得在膜的第一側(cè)或順側(cè)的溶液中提供的分子例如ssDNA分子受電泳驅(qū)動(dòng)而穿過(guò)納米孔12，到達(dá)膜的第二側(cè)或反側(cè)的溶液中，因?yàn)镈NA主鏈在溶液中帶負(fù)電荷。本文中本發(fā)明人做出意想不到的發(fā)現(xiàn)垂直于分隔兩個(gè)填充有離子溶液的貯池的裸露、單層石墨烯膜平面的離子電阻率極其大，使得可用如上所述方式建立跨越石墨烯膜的兩種溶液之間的重大偏壓。正如在以下實(shí)驗(yàn)論述中進(jìn)一步解釋的那樣，該發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了圖I的配置，其中可用分子電泳所需方式來(lái)維持對(duì)跨越石墨烯單層的電壓的電控制。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)裸露、單層石墨烯膜具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度可作為填充有兩種溶液的貯池之間的結(jié)構(gòu)屏障而操作，無(wú)論這些貯池是否通過(guò)石墨烯膜中的納米孔而彼此直接連通，所述膜僅在其邊緣由框架支持，意即在其范圍內(nèi)是自支持的。因此，可操作單個(gè)裸露的石墨烯層的連接納米孔的膜，以分隔兩個(gè)填充有離子溶液的貯池，使用熟悉納米孔領(lǐng)域人員的已知方法，用于在裸露的石墨烯膜的順側(cè)和反側(cè)施加兩種離子溶液間的偏壓，以電泳驅(qū)動(dòng)分子穿過(guò)納米孔?？墒褂闷渌夹g(shù)和布置，以使分子穿過(guò)納米孔，并且不需要特別的技術(shù)。電泳驅(qū)動(dòng)分子穿過(guò)納米孔移位的進(jìn)一步細(xì)節(jié)和實(shí)例在以下文獻(xiàn)中提供〃Molecular and AtomicScale Evaluation of Biopolymers,美國(guó)號(hào) 6，627，067 (2003 年 9 月 30 日授予 Branton 等人)，其全部?jī)?nèi)容都通過(guò)引用結(jié)合到本文中。如圖I所示，可提供電路26、28，用于測(cè)量石墨烯膜的順側(cè)和反側(cè)之間離子電流穿過(guò)納米孔12而流動(dòng)的變化。用該配置，可檢測(cè)分子穿過(guò)納米孔12的移位并根據(jù)該檢測(cè)當(dāng)分子受驅(qū)動(dòng)而穿過(guò)納米孔時(shí)，可對(duì)其進(jìn)行分析。這種分子檢測(cè)技術(shù)不過(guò)是采用石墨烯膜和納米孔的各種各樣的檢測(cè)技術(shù)中的一種。可采用納米孔所連接的電極之間例如碳納米管或其它探頭之間的遂穿電流(Tunneling current),在探頭中或石墨烯膜本身的電導(dǎo)變化,或其它分子檢測(cè)技術(shù)，其描述于例如〃Molecular Characterization with Carbon Nanotubecontrol,美國(guó)號(hào)7，468，271 (2008年12月23日授予Golovchenko等人)，其全部?jī)?nèi)容都通過(guò)引用結(jié)合到本文中。特別考慮到通過(guò)離子電流流動(dòng)測(cè)量的分子檢測(cè)技術(shù)，本文中本發(fā)明人做出了意想不到的發(fā)現(xiàn)當(dāng)沒(méi)有移位物質(zhì)時(shí)穿過(guò)裸露、單層石墨烯膜的納米孔的離子電流，和當(dāng)被納米孔中的分子阻斷時(shí)穿過(guò)納米孔的離子電流流動(dòng)，兩者均為離子電流穿過(guò)任何其它已知脂質(zhì)或固態(tài)膜界面中的類似直徑的納米孔的離子電流流動(dòng)的約3倍。本發(fā)明人認(rèn)為，與另一固態(tài)膜中類似直徑的生物孔或納米孔相比，這種顯著更大的穿過(guò)裸露的、單層石墨烯膜的納米孔的離子電流流動(dòng)是由于薄的石墨烯膜所致，相應(yīng)地是由于穿過(guò)膜的納米孔的長(zhǎng)度所致。裸露的石墨烯膜是單原子層的六方碳晶格，因此為原子級(jí)薄，僅約O. 3 nm厚。以這樣的厚度，可在其中納米孔長(zhǎng)度大大小于孔直徑的方案中表征穿過(guò)裸露、單層石墨烯膜中納米孔的離子流動(dòng)。在這個(gè)方案中，納米孔的離子電導(dǎo)與納米孔直徑d成比例，并且與在納米孔中間的電流密度相比，穿過(guò)納米孔的離子電流密度在納米孔外圍(意即在納米孔邊緣)明顯達(dá)到峰值。相比之下，通過(guò)離子電導(dǎo)來(lái)表征納米孔長(zhǎng)度大于其直徑的納米孔，所述離子電導(dǎo)與納米孔面積成比例，并且其均勻跨過(guò)納米孔直徑，且離子電導(dǎo)率穿過(guò)納米孔中間以及在納米孔外圍均勻流下。在這兩個(gè)納米孔長(zhǎng)度方案中，納米孔電導(dǎo)間的明顯區(qū)別如圖2A - 2E所示。參考這些圖，在穿過(guò)納米孔的十個(gè)點(diǎn)顯示了平均電流密度，每個(gè)納米孔的直徑為2. 4 nm，長(zhǎng)度分別為O. 6 nm、l nm、2 nm、5 nm和10 nm。圖中箭頭的相對(duì)長(zhǎng)度表示各箭頭位置所代表的納米孔區(qū)域中的相對(duì)平均電流密度。如圖2A - 2C所示，對(duì)于小于2. 4 nm納米孔直徑的納米孔長(zhǎng)度而言，在納米孔外圍的電流密度達(dá)到峰值。隨著納米孔長(zhǎng)度接近納米孔直徑時(shí)，跨越納米孔的電導(dǎo)變得更均勻。當(dāng)納米孔長(zhǎng)度大于納米孔直徑時(shí)，如圖2D和圖2E所示，跨越納米孔的離子電導(dǎo)是一致均勻的，并不偏好納米孔外圍。在納米孔不同區(qū)域的局部電流密度隨納米孔長(zhǎng)度的增加而變得越來(lái)越均勻。因此，在裸露的、單層石墨烯膜中，納米孔直徑大于納米孔長(zhǎng)度的納米孔在無(wú)阻礙狀態(tài)所顯示的總離子電導(dǎo)，顯著大于在厚度大于納米孔直徑的膜中的相等直徑的納米孔的總電導(dǎo)。其它條件相同，與厚度大于直徑的膜中相等直徑的開(kāi)放納米孔相比，厚度小于直徑的膜中，較大的電導(dǎo)導(dǎo)致穿過(guò)給定直徑的開(kāi)放納米 孔的總離子電流顯著更大。穿過(guò)石墨烯膜的較大離子電流，促進(jìn)了對(duì)穿過(guò)納米孔的離子電流流動(dòng)的高準(zhǔn)確度測(cè)量。因?yàn)榇┻^(guò)長(zhǎng)度小于納米孔直徑的納米孔的離子電流主要是在納米孔外圍，而非穿過(guò)納米孔中軸，所以從中間穿越納米孔的分子直徑的小變化對(duì)離子電流流動(dòng)的變化具有巨大影響。這是因?yàn)橐韵率聦?shí)分子直徑的差異出現(xiàn)在納米孔邊緣而不是在納米孔中間，對(duì)于長(zhǎng)度短的納米孔而言，在納米孔邊緣的離子電流流動(dòng)最大，對(duì)于長(zhǎng)度短的納米孔而言，在納米孔中間的離子電流較低。因此，與長(zhǎng)度大于納米孔直徑的納米孔相比，長(zhǎng)度小于納米孔直徑的裸露的、單層石墨烯納米孔，對(duì)分子尺寸的顆?；虿煌叽珙w粒、分子或其組分的差異更敏感。這一考慮的結(jié)果在數(shù)量上示于圖3，其中對(duì)所計(jì)算的納米孔中離子電流阻斷水平與跨越直徑為2. 5 nm和有效長(zhǎng)度為O. 6 nm、2 nm、5 nm和10 nm的納米孔中間的聚合物分子的直徑之間的關(guān)系作圖。所計(jì)算的電流阻斷是穿過(guò)未阻斷納米孔(即納米孔中無(wú)聚合物分子)的離子電流與穿過(guò)用所指出直徑的聚合物阻斷的相同納米孔的離子電流之間差異的絕對(duì)值。所述圖假定用3M KCl離子溶液和納米孔順側(cè)與反側(cè)間偏壓160 mV的分子移位。如此處的圖所示，穿過(guò)納米孔的離子電流顯示出隨納米孔長(zhǎng)度減少，對(duì)移位分子的直徑改變的敏感度增加。本發(fā)明人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)當(dāng)納米孔直徑設(shè)定為盡可能接近移位分子直徑時(shí)，納米孔電導(dǎo)率對(duì)移位分子直徑變化的敏感度最大。這種情況對(duì)于任何長(zhǎng)度的納米孔而言都是成立的。例如，如圖3的圖所示，對(duì)于直徑為2. 5 nm的納米孔，隨著移位分子的直徑接近納米孔直徑，出現(xiàn)電流阻斷，甚至在納米孔長(zhǎng)度大于納米孔直徑的情況下。但對(duì)于納米孔長(zhǎng)度小于納米孔直徑(即圖中數(shù)據(jù)為2 nm和0.6 nm)的納米孔而言，證明了當(dāng)分子直徑接近納米孔直徑時(shí)，這樣的短長(zhǎng)度納米孔對(duì)移位分子直徑的小變化的敏感度大得多。對(duì)于這些納米孔，隨阻斷分子的直徑增加，阻斷電流呈指數(shù)增加。對(duì)于5 nm和10 nm長(zhǎng)的納米孔(其大于納米孔直徑)，阻斷電流僅以近線性方式而增加，甚至當(dāng)阻斷分子的直徑接近納米孔直徑時(shí)。因此，優(yōu)選通過(guò)給單層石墨烯膜提供以下納米孔使移位分子直徑中空間鄰近的差異的分辨最大化其直徑大于膜邊緣厚度、但并非遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過(guò)納米孔而移位的分子的預(yù)期直徑，例如不超過(guò)5%。對(duì)于給定應(yīng)用的納米孔直徑，為測(cè)定該第二個(gè)條件，可進(jìn)行類似于以下實(shí)施例所述的分析。簡(jiǎn)而言之，在這樣的分析中，通過(guò)例如拉普拉斯方程(Laplaceequation)來(lái)測(cè)定將用于分子移位的離子溶液的離子電流密度，設(shè)定分子移位檢測(cè)的所需靈敏度，并對(duì)于什么樣的納米孔直徑是可行的確定一般要求。根據(jù)這些因素，以及納米孔直徑大于膜厚度的最主要限制，就可選擇使所有這些因素優(yōu)化的納米孔直徑。本發(fā)明人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)來(lái)自分隔兩個(gè)電偏壓(electrically-biased)的填充有離子溶液的貯池的裸露、單層石墨烯納米孔的電噪聲相應(yīng)地不大于來(lái)自任何其它固態(tài)納米孔的電噪聲。因此，在任何給定直徑的分子跨越期間，假定通過(guò)石墨烯納米孔的離子電流變化，即離子阻斷，大于長(zhǎng)度大于納米孔直徑的其它已知納米孔的離子電流變化時(shí)，裸露的、單層石墨烯納米孔可產(chǎn)生比其它已知納米孔更好的信噪比，因?yàn)榕c較少的計(jì)數(shù)率相比，每單位時(shí)間、或每個(gè)跨越核堿基(nucleobase)所計(jì)算的離子數(shù)越大就越準(zhǔn)確。這些發(fā)現(xiàn)，以及石墨烯的已知化學(xué)惰性和異常大的強(qiáng)度，建立了連接納米孔的裸露的、單層石墨烯膜，作為用于分子檢測(cè)和表征的優(yōu)良界面。作為這些發(fā)現(xiàn)的結(jié)果，優(yōu)選將膜提供為單層、裸露的石墨烯，所述裸露的即是兩面都未涂覆增加石墨烯膜厚度的任何材料層或物質(zhì)。在這種狀態(tài)中，膜厚度最小并且在長(zhǎng)度短的納米孔方案中是安全的，在所述方案中，外圍離子電流流動(dòng)最大并且其中隨分析物的物理尺寸變化而變化的納米孔電導(dǎo)率最大。石墨烯膜所提供的非常短的納米孔長(zhǎng)度也使以下成為可能石墨烯納米孔檢測(cè)聚合物中的空間鄰近的單體以及由此序貫分辨例如DNA聚合物鏈中的各單體所導(dǎo)致的不同離子阻斷。 已認(rèn)識(shí)到，單層石墨烯膜對(duì)許多分子例如聚合物分子(例如DNA和RNA)具有親和力。因此可預(yù)期DNA、RNA和其它類似分子具有優(yōu)先吸附到裸露的石墨烯膜上的趨勢(shì)。優(yōu)選在合適環(huán)境下和/或在保持膜的裸露狀態(tài)、而不添加表面層的表面處理下至少部分地抑制石墨烯表面的吸附性質(zhì)。例如，可提供離子溶液，其特征在于pH大于約8 (例如介于約8. 5至11之間)并包括相對(duì)高的鹽濃度(例如大于約2M和范圍為2. IM至5M)。通過(guò)使用高離子強(qiáng)度的堿性溶液，使分子對(duì)裸露的石墨烯膜表面的粘附最小。任何合適的所選鹽都可使用，例如KC1、NaCl、LiCl、RbCUMgCl2或任何易溶的鹽，其與分析物分子間的相互作用并非破壞性的。另外，如下所詳述的，在石墨烯膜的合成和處理期間，優(yōu)選極其小心地將膜保持在原始條件下，使得基本上不存在可將分子吸引到石墨烯表面的殘余物或其它物質(zhì)。還認(rèn)識(shí)至IJ，在操作中，石墨烯膜可在電學(xué)上處理，以從石墨烯表面驅(qū)趕分子。例如，假定帶負(fù)電荷的DNA分子通過(guò)石墨烯膜中的納米孔而移位時(shí)，石墨烯膜在負(fù)電壓時(shí)其自身可以是電子偏倚的(electrically biased),其排斥帶負(fù)電荷的DNA分子。在此可以任何合適方式與石墨烯膜電接觸，使得能夠施加所選電壓。在這種情況下，可將石墨烯膜任一側(cè)離子溶液間的電壓設(shè)定得足夠高，以產(chǎn)生克服石墨烯表面排斥的電泳力，使DNA通過(guò)納米孔而移位，而不是吸附到石墨烯表面。至于用于制造石墨烯納米孔裝置的方法，可通過(guò)任何方便且合適的技術(shù)合成單層、裸露的石墨烯，而無(wú)需特定的合成技術(shù)。一般而言，可采用在催化劑材料例如鎳層上用甲燒氣的常壓化學(xué)氣相沉積(atmospheric chemical vapor deposition)而形成石墨烯層?？刹捎美庾V、透射電鏡和所選區(qū)域的衍射研究，以證實(shí)待使用的所合成石墨烯區(qū)域在性質(zhì)上的確是單層。為了布置成為石墨烯膜，可通過(guò)任何合適的技術(shù)進(jìn)行將石墨烯層向裝置結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移，但優(yōu)選轉(zhuǎn)移所用的任何材料都不會(huì)破壞石墨烯表面。在一項(xiàng)優(yōu)選技術(shù)中，將所選處理材料涂覆在催化劑材料和基底上的合成石墨烯層上。對(duì)于許多應(yīng)用，可優(yōu)選采用這樣的處理材料一旦完成對(duì)石墨烯層的處理，可以容易地將所述材料從石墨烯表面除去。甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物(MMA-MAA)可以是特別適合的處理材料。有了 MMA-MAA層在石墨烯層上，就可將整個(gè)結(jié)構(gòu)切割成小片。
然后可處理所得小片，以除去石墨烯層下面的催化劑層和基底材料并同時(shí)粘附處理層。例如，給定Ni催化劑層，可用HCl溶液將Ni層蝕刻掉并釋放石墨烯/MMA-MAA復(fù)合材料，用蒸餾水漂清。漂浮在水上的石墨烯/MMA-MAA復(fù)合材料，隨后可用例如涂覆有SiNx層的硅片來(lái)捕獲。硅片的中心區(qū)可用KOH或其它合適蝕刻劑來(lái)蝕刻，產(chǎn)生獨(dú)立式(free-standing) SiNx膜，例如面積為50 χ 50μπι2。然后可用聚焦的離子束(FIB)或其它方法穿過(guò)SiNx膜鉆一個(gè)合適的洞，使其構(gòu)成石墨烯層膜的框架。例如，在氮化物膜中可形成例如200 nm χ 200 nm的正方形窗口，以產(chǎn)生石墨烯膜的框架。隨著這個(gè)裝置配置的完成，可將石墨烯/MMA-MAA復(fù)合材料放置在石墨烯膜中的正方形窗口，使用例如氮?dú)怙L(fēng)(氮?dú)獾臏睾蜕淞?，將石墨烯穩(wěn)固地壓向基底。然后可在例如丙酮的緩慢液滴下，接著再浸入丙酮、二氯乙烷和異丙醇中除去MMA-MAA。一旦配置成膜，優(yōu)選從石墨烯薄膜上除去任何殘余物，以減少物質(zhì)粘附到石墨烯的趨勢(shì)。例如一旦除去MMA-MAA，可在室溫下將圖I所示的包括伸出氮化物框架的石墨烯膜的所得結(jié)構(gòu)短暫(例如I分鐘)浸入例如KOH溶液中，然后用例如水，再用異丙醇，最后用 乙醇充分漂清。為了避免破壞石墨烯膜，該結(jié)構(gòu)可經(jīng)臨界點(diǎn)干燥。最后，可將該結(jié)構(gòu)暴露給所選環(huán)境，例如在約450° C，在含4% H2的He氣流中例如達(dá)20分鐘的快速熱退火過(guò)程，以除去任何殘余烴類。為了避免再次污染，優(yōu)選將該結(jié)構(gòu)立即裝載到例如TEM中，用于進(jìn)一步處理。然后可在石墨烯膜中形成納米孔?？墒褂镁劢沟碾娮邮蚱渌椒ǘ纬杉{米孔。納米孔直徑優(yōu)選大于石墨烯膜厚度，以獲得以下好處出乎意料地發(fā)現(xiàn)如上所述的外圍離子電流增加和對(duì)分子尺寸變化的敏感度增加。對(duì)于ssDNA的移位，可優(yōu)選納米孔直徑介于約I nm至約20 nm之間，最優(yōu)選直徑介于約I nm至約2 nm之間。對(duì)于dsDNA的移位，可優(yōu)選納米孔直徑介于約2 nm至約20 nm之間，最優(yōu)選直徑介于約2 nm至約4 nm之間。當(dāng)納米孔形成后，優(yōu)選將石墨烯結(jié)構(gòu)保存在潔凈環(huán)境下，例如 10_5托的真空下。為了完成圖I的納米孔分子傳感裝置，可在例如聚醚醚酮(PEEK)或其它合適材料的微觀流體盒中，在兩個(gè)半電池之間插入安裝的石墨烯膜，所述盒用例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)密封墊密封。優(yōu)選密封墊口小于石墨烯膜的尺寸，以將石墨烯膜邊緣完全密封而與溶液隔尚。實(shí)施例I
本實(shí)施例描述了單層、裸露的石墨烯膜的實(shí)驗(yàn)性示例。通過(guò)CVD在鎳表面合成石墨烯層。通過(guò)在涂覆有SiO2層的硅基底上的電子束蒸發(fā)而提供鎳薄膜。鎳層經(jīng)過(guò)熱退火，產(chǎn)生Ni薄膜顯微結(jié)構(gòu)，其單晶粒大小介于約I μπι和20 μ m。這些晶粒表面具有原子級(jí)的平臺(tái)和臺(tái)階，類似于外延生長(zhǎng)的單晶基底表面。在該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，石墨烯在Ni晶粒上的生長(zhǎng)類似于石墨烯在單晶基底表面上的生長(zhǎng)。在CVD合成中，在約1000° C的溫度下，將Ni層暴露給H2和CH4氣，拉曼光譜、透射電鏡和所選區(qū)域的衍射研究表明，石墨烯薄膜具有極好質(zhì)量和大部分(87%)是一層和兩層厚的域(domain)的混合物，域大小為 10 μπι。3層或更多層的石墨烯層的更厚區(qū)域，其通過(guò)在光學(xué)顯微鏡中的顏色對(duì)比而容易地區(qū)分，僅覆蓋總表面的少部分。如果發(fā)現(xiàn)更厚的區(qū)域或域邊界，就丟棄該區(qū)域。通過(guò)先用ΜΜΑ-ΜΑΑ 共聚物(MMA (8. 5) MAA EL9, Microchem Corp.)涂覆石墨烯來(lái)將石墨烯轉(zhuǎn)移到載體Si/SiNx芯片并將其切割成O. 5 nm χ O. 5 mm的小片。將這些小片浸入IN HCl溶液達(dá)hr,以將Ni薄膜蝕刻掉并釋放石墨烯/聚合物膜，將其轉(zhuǎn)移到蒸餾水中，石墨烯/聚合物漂浮在蒸餾水上，石墨烯一側(cè)向下。涂覆有 250 nm厚SiNx的載體Si芯片用于撈起漂浮的石墨烯/聚合物薄膜小片，注意石墨烯/聚合物薄膜各自延伸到芯片的中心區(qū)。使用標(biāo)準(zhǔn)的各向異性蝕刻技術(shù)顯微制造芯片的中心區(qū)，留下一個(gè)約50 χ 50 μ m2的SiNxE，將其涂覆為獨(dú)立式SiNx膜，其中用聚焦的離子束(FIB)鉆一個(gè) 200 nm χ 200nm的正方形窗口。用氮?dú)怙L(fēng)將石墨烯穩(wěn)固地壓向芯片表面。這導(dǎo)致少量液體從石墨烯下被擠出，其強(qiáng)有力而不可逆地粘附到載體芯片的SiNx涂層上。在丙酮的緩慢液滴下，接著隨后浸入丙酮、二氯乙烷和最后異丙醇中，除去石墨烯上方的聚合物。
為了從石墨烯薄膜上除去任何殘余物，隨后在室溫下將各芯片浸入33重量％ KOH溶液中達(dá)I min，然后用異丙醇和乙醇充分漂清。為了避免破壞懸浮的獨(dú)立式的石墨烯薄膜部分，各芯片經(jīng)臨界點(diǎn)干燥。最后，將芯片裝載到快速熱退火爐(thermal annealer)中并在含有4% H2的He的氣流中加熱到450° C達(dá)20分鐘，以除去任何殘余烴類。為了避免再次污染，將芯片立即裝載到透射電鏡中，用于進(jìn)一步處理。圖4顯示一種石墨烯膜的X射線衍射圖，顯示來(lái)自單層石墨烯中碳原子的六方堆積的必需六方晶格。圖5顯示石墨烯層的拉曼位移測(cè)量。非常小的G峰和非常尖的2D峰，得到G/2D之比小于1，表明是單層膜。實(shí)施例II
本實(shí)施例描述了實(shí)施例I的單層、裸露的石墨烯膜的電導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定?？稍诰勖衙淹?PEEK)制成的定制微觀流體盒的兩個(gè)半電池之間插入安裝芯片的來(lái)自實(shí)施例I的單層石墨烯膜。芯片兩側(cè)用聚二甲基硅氧烷(PDMS)密封墊密封。壓向Si/SiNx載體芯片上的石墨烯薄膜的密封墊的開(kāi)口的內(nèi)徑為 100 μπι。因此，密封墊口小于石墨烯膜的尺寸(0.5 χ 0.5 mm2)，并且將石墨烯膜邊緣完全密封而與電解液隔離。在芯片對(duì)偵牝電解液僅通過(guò)SiNx膜中的200 nm寬的正方形窗口而接觸石墨烯膜。注意，在該布置下，與電解液接觸的兩個(gè)石墨烯膜面之間有大的面積差異(100 μ m直徑的圓形面積對(duì)比正方形的 200 nm χ 200 nm 面積)。首先用乙醇填充兩個(gè)半電池，以幫助潤(rùn)濕芯片表面。隨后用去離子水、接著用不含緩沖液的IM KCl鹽溶液沖洗電池。為了避免石墨烯膜與溶質(zhì)之間的任何潛在相互作用(其可影響實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果)，實(shí)驗(yàn)所用的所有電解液都盡可能地保持簡(jiǎn)單，并且不含緩沖液。所有溶液PH范圍僅有O. 2 pH單位，從5. 09到5. 29，如在所述實(shí)驗(yàn)中的使用前和使用后后測(cè)量的。在每個(gè)半電池中的Ag/AgCl電極用于施加跨石墨烯膜的電壓并測(cè)量離子電流。用Axopatch 200B (Axon instruments)放大器，已獲取電流追蹤圖(current trace),所述放大器連接到外部8-極貝塞爾低通濾波器(型號(hào)90IP-L8L, Frequency Devices, Inc.),在 50 kHz 操作。用 NI PCI-6259 DAQ 卡(National Instruments)在 250 kHz 采樣率和16-位分辨率下操作，將模擬信號(hào)數(shù)字化。所有實(shí)驗(yàn)都通過(guò)IGOR Pro軟件來(lái)控制。圖6是實(shí)驗(yàn)測(cè)量的離子電流數(shù)據(jù)與施加在石墨烯膜順側(cè)和反側(cè)的3M KCl離子溶液間的偏壓之間關(guān)系的圖。對(duì)該數(shù)據(jù)使用歐姆定律，發(fā)現(xiàn)與石墨烯膜平面垂直的離子電流電阻率正好是3-4 G’ Ω范圍。這證明本發(fā)明的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是垂直于石墨烯膜平面的離子電阻率非常之大，并能實(shí)現(xiàn)這樣的配置其中可維持跨越、單層石墨烯膜的相當(dāng)大的偏壓，所述膜分隔兩個(gè)偏壓的填充有離子溶液的貯池。用100 mV偏壓施加在兩個(gè)Ag/AgCl電極之間，對(duì)石墨烯膜順側(cè)和反側(cè)的各種氯化物電解液進(jìn)行離子電流測(cè)量。使用已用電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)溶液(Alfa Aesar,產(chǎn)品號(hào)43405，42695，42679)標(biāo)定的Accumet Research AR50電導(dǎo)儀測(cè)量電解液的電導(dǎo)率。所有流體實(shí)驗(yàn)都在溫控(24° C)實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行。表I顯示石墨烯膜的電導(dǎo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于nS水平。對(duì)于含有最大原子大小的陽(yáng)離子Cs和Rb的溶液，觀察到最高電導(dǎo)，這與介導(dǎo)其與石墨烯相互作用的最小水合外層相關(guān)。該電導(dǎo)歸因于通過(guò)獨(dú)立式石墨烯膜中缺損結(jié)構(gòu)的離子轉(zhuǎn)運(yùn)。
權(quán)利要求
1.石墨烯納米孔傳感器，其包括 包括納米孔的基本裸露的、單層石墨烯膜，所述納米孔從第一石墨烯膜表面向第一石墨烯膜表面對(duì)面的第二石墨烯膜表面延伸穿過(guò)所述石墨烯膜的厚度； 從所述第一石墨烯膜表面到第一貯池的連接，以在所述第一石墨烯膜表面，將離子溶液中的物質(zhì)提供給所述納米孔； 從所述第二石墨烯膜表面到第二貯池的連接，以在所述物質(zhì)和離子溶液穿過(guò)所述納米 孔而從所述第一石墨烯膜表面向所述第二石墨烯膜表面移位之后，收集所述物質(zhì)和離子溶液；和 電路，其連接在所述納米孔對(duì)側(cè)以測(cè)量離子電流穿過(guò)所述石墨烯膜中的納米孔的流動(dòng)。
2.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述電路連接在第一和第二離子溶液之間，以測(cè)量離子電流穿過(guò)所述石墨烯膜中的納米孔的流動(dòng)。
3.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述電路包括連接的電流監(jiān)測(cè)器，其用于測(cè)量穿過(guò)所述納米孔的時(shí)間依賴性離子電流流動(dòng)。
4.權(quán)利要求3的石墨烯納米孔傳感器，其中連接所述電流監(jiān)測(cè)器用于測(cè)量時(shí)間依賴性離子電流的流動(dòng)阻斷，其為物質(zhì)穿過(guò)所述納米孔而移位的指征。
5.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其還包括安置在所述第一和第二離子溶液中的每一種中的電極，用于施加跨越所述納米孔的電壓，以經(jīng)電泳導(dǎo)致物質(zhì)穿過(guò)所述納米孔而移位。
6.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述離子溶液的特征在于其含鹽量大于約2 M。
7.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述離子溶液的特征在于其pH大于約8。
8.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述離子溶液是KCl。
9.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述納米孔的特征在于其直徑大于介于所述石墨烯膜的第一和第二表面之間的石墨烯膜厚度，所述納米孔穿過(guò)所述石墨烯膜而延伸。
10.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述納米孔的特征在于其直徑介于約Inm至約10 nm之間。
11.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述納米孔的特征在于其直徑介于約Inm至約5 nm之間。
12.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述納米孔的特征在于其直徑小于約3nm。
13.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述納米孔的特征在于其直徑小于約2.5 nm。
14.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述石墨烯膜的特征在于其厚度小于約2 nm。
15.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述石墨烯膜的特征在于其厚度小于約I nm。
16.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述石墨烯膜的特征在于其厚度小于約O.7 nm。
17.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述納米孔的特征在于其直徑比穿過(guò)所述納米孔而移位的離子溶液中物質(zhì)的特征性直徑大不超過(guò)5%。
18.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述石墨烯膜在所述膜邊緣由膜框架結(jié)構(gòu)機(jī)械上支持。
19.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述穿過(guò)納米孔而移位的離子溶液中的物質(zhì)包括生物分子。
20.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述穿過(guò)納米孔而移位的離子溶液中的物質(zhì)包括DNA分子。
21.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述穿過(guò)納米孔而移位的離子溶液中的物質(zhì)包括RNA分子。
22.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述穿過(guò)納米孔而移位的離子溶液中的物質(zhì)包括寡核苷酸。
23.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述穿過(guò)納米孔而移位的離子溶液中的物 質(zhì)包括聚合物分子。
24.權(quán)利要求I的石墨烯納米孔傳感器，其中所述穿過(guò)納米孔而移位的離子溶液中的物質(zhì)包括核苷酸。
25.石墨烯納米孔傳感器,其包括 包括納米孔的基本裸露的、單層石墨烯膜，所述納米孔從第一石墨烯膜表面向第一石墨烯表面對(duì)面的第二石墨烯膜表面延伸穿過(guò)所述石墨烯膜的厚度并且其直徑小于約3 nm且大于所述石墨烯厚度；和 電路，其連接在所述納米孔對(duì)側(cè)以測(cè)量離子電流穿過(guò)所述石墨烯膜中的納米孔的流動(dòng)。
26.權(quán)利要求25的石墨烯納米孔傳感器，其還包括 從所述第一石墨烯膜表面到第一貯池的連接，以在所述第一石墨烯膜表面，將離子溶液中的聚合物分子提供給所述納米孔； 從所述第二石墨烯膜表面到第二貯池的連接，以在所述聚合物分子和離子溶液穿過(guò)所述納米孔而從所述第一石墨烯膜表面向所述第二石墨烯膜表面移位之后，收集所述聚合物分子和離子溶液。
27.權(quán)利要求25的石墨烯納米孔傳感器，其中連接所述電流監(jiān)測(cè)器，用于測(cè)量時(shí)間依賴性離子電流的流動(dòng)阻斷，其為聚合物分子穿過(guò)所述納米孔而移位的指征。
28.權(quán)利要求26的石墨烯納米孔傳感器，其還包括安置在第一和第二離子溶液中的每一種中的電極，用于施加跨越所述納米孔的電壓，以經(jīng)電泳導(dǎo)致物質(zhì)穿過(guò)所述納米孔而移位。
29.權(quán)利要求25的石墨烯納米孔傳感器，其中所述離子溶液的特征在于其含鹽量大于約2 M和其pH大于約8。
30.納米孔傳感器，其包括 固態(tài)膜，其具有介于第一膜表面和第一膜表面對(duì)面的第二膜表面之間的厚度，所述厚度小于約I nm ；納米孔，其延伸穿過(guò)介于所述第一和第二膜表面之間的膜厚度并且其直徑大于所述膜厚度； 從所述第一膜表面到第一貯池的連接，以在所述第一膜表面，將離子溶液中的物質(zhì)提供給所述納米孔； 從所述第二膜表面到第二貯池的連接，以在所述物質(zhì)和離子溶液穿過(guò)所述納米孔而從所述第一膜表面向所述第二膜表面移位之后，收集所述物質(zhì)和離子溶液；和 電路，將其連接以監(jiān)測(cè)所述離子溶液中的物質(zhì)穿過(guò)固態(tài)膜中納米孔的移位。
31.權(quán)利要求30的納米孔傳感器，其中所述納米孔的特征在于其直徑介于約Inm至約10 nm之間。
32.權(quán)利要求30的納米孔傳感器，其中所述納米孔的特征在于其直徑介于約Inm至約5 nm之間ο
33.權(quán)利要求30的納米孔傳感器，其中所述納米孔的特征在于其直徑小于約3nm。
34.權(quán)利要求30的納米孔傳感器，其中所述納米孔的特征在于其直徑小于約2.5 nm。
35.權(quán)利要求30的納米孔傳感器，其中所述納米孔的特征在于其直徑比穿過(guò)所述納米孔而移位的離子溶液中物質(zhì)的特征性直徑大不超過(guò)5%。
36.用于評(píng)價(jià)聚合物分子的方法，其包括 在離子溶液中提供待評(píng)價(jià)的聚合物分子； 所述離子溶液中的聚合物分子通過(guò)基本裸露的、單層石墨烯膜中的納米孔從第一石墨烯膜表面向第一石墨烯表面對(duì)面的第二石墨烯膜表面移位；和 監(jiān)測(cè)離子電流穿過(guò)所述石墨烯膜中的納米孔的流動(dòng)。
37.權(quán)利要求36的方法，其中對(duì)離子電流流動(dòng)的監(jiān)測(cè)包括測(cè)量時(shí)間依賴性離子電流的流動(dòng)阻斷，其為聚合物分子穿過(guò)所述納米孔而移位的指征。
38.權(quán)利要求36的方法，其還包括施加跨越所述納米孔的電壓，以經(jīng)電泳導(dǎo)致所述聚合物分子穿過(guò)所述納米孔而移位。
全文摘要
提供包括納米孔的基本裸露的、單層石墨烯膜，所述納米孔從第一膜表面向第一石墨烯膜表面對(duì)面的第二膜表面延伸穿過(guò)所述石墨烯膜的厚度。從所述第一石墨烯膜表面到第一貯池的連接，在所述第一石墨烯膜表面，將離子溶液中的物質(zhì)提供給所述納米孔，并且提供從所述第二石墨烯膜表面到第二貯池的連接，以便在所述物質(zhì)和離子溶液穿過(guò)所述納米孔而從所述第一石墨烯膜表面向所述第二石墨烯膜表面移位之后，收集所述物質(zhì)和離子溶液。電路連接在所述納米孔對(duì)側(cè)，以測(cè)量離子電流穿過(guò)所述石墨烯膜中的納米孔的流動(dòng)。
文檔編號(hào)G01N33/487GK102630304SQ201080052046
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者D.布蘭頓, G.斯萊文, J.A.戈羅夫琴科 申請(qǐng)人:哈佛大學(xué)校長(zhǎng)及研究員協(xié)會(huì)