[发明专利]一种基于单分子电学检测的反应动力学测量方法

摘要

一种基于单分子电学检测的反应动力学测量方法，涉及化学反应动力学测量方法。将分子固体与溶剂混合，得分子溶液；芯片置于显微镜下，用刀片对准金属线，先横切、再用刀尖在金属线切口得到芯片，安装芯片、反应液池、O圈和密封盖；开启电机，通过电机的上顶将力传递至切口处，断裂形成纳米间隔；当金属原子点接触断开，形成电极后，进行原位测试、记录数据、数据分析；在通过对电导‑距离曲线中台阶出现和末端之间的距离进行统计，得柱状统计图，电导‑距离曲线为分子结的电学测量提供另一维度的信息，在分子结随电极对拉伸闭合的BJ过程中，能观察到电导的变化，还得知电极对打开间隔的大小，最终推知分子结电导随距离变化的演变信息。

主权项

1.一种基于单分子电学检测的反应动力学测量方法，其特征在于包括以下步骤：1)将分子固体与溶剂混合，超声，使固体完全溶解，再稀释得到低浓度的分子溶液；2)制备具有悬空切口金属线芯片；所述制备具有悬空切口金属线芯片的具体方法为：采用不锈钢片作为基底，称取Stycast 2850FT型树脂，配备催化剂与树脂质量百分比为3.5％～4％的Henkel Loctite Catalyst 9催化剂，将催化剂与树脂混合均匀，搅拌至少10min后，蘸取与催化剂混合均匀后的环氧树脂在不锈钢片中央涂抹呈两个间距控制在1～2mm的圆，待环氧树脂略微固化后，将金属线拉伸并平铺于两个环氧树脂圆的中央，用镊子轻压金属线使两端的环氧树脂浸没金属线；3)将具有悬空切口金属线芯片置于光学显微镜下，用手术刀片对准悬空金属线的中央部分，先横切掉其直径的一半，再用刀尖在金属线切口左右两侧各切一刀，得到具有切口的芯片；4)清洗与安装芯片；5)清洗与安装反应液池、O圈和密封盖；6)开启步进电机，通过悬空切口金属线芯片中间底部的步进电机的上顶将力传递至切口处，从而带动拉伸微米桥，使断面不断变细直至断裂形成纳米间隔；当金属原子点接触断开，形成的两个具有原子级尖端的电极后，通过压电陶瓷调节电极对的间隔大小；7)将反应物溶液装入反应液池，进行反应物和产物的原位电学性质测量；所述进行原位测试的具体方法为：将配制好的反应物分子溶液加入反应液池中，使分子溶液浸没悬空切口金属线芯片切口处的金属线，盖好密封盖，在电极对的两端施加偏压，当反应刚开始时，反应物分子通过两端的锚定基团与金属电极的相互作用，使电极与分子相连结，即构筑金属/分子/金属结，实现分子与外界测量回路的相连，所述金属/分子/金属结记为分子结；8)记录数据，所述记录数据的具体方法为：在压电陶瓷的上顶、回退过程中，两边金电极通过动态捕捉与分子形成分子结，分子结反复地形成和断裂，通过电流信号处理放大器输出的信号得到不同反应状态的电导‑时间曲线，记录滴入反应物分子时的反应时间，当仪器稳定输出电学信号时，开始记录数据，每隔10min采集一组电学表征数据，待后续分析；9)数据分析，所述数据分析的具体方法为：对所得的电学表征数据进行柱状图统计，在柱状统计图中获得具有高斯分布的电导统计峰，随着反应过程的进行，溶液中产物分子的浓度逐渐增加，在单分子水平下，不同化学结构的分子会产生较为显著的电学性质差异，测得具有高斯分布的电导统计峰的峰中心逐渐从反应物转变到产物，利用大数据发掘的方法，提取出每个时间点下溶液中反应物和产物各自具有统计规律性的信息，实现对二者单分子电学性质的定量分析；10)在实验中通过对电导‑距离曲线中表征分子电导的台阶起始和末端之间的距离之差进行统计，获得分子结电导台阶分布的柱状统计图，为分子结的电学测量提供另一维度的信息，在分子结随电极对拉伸闭合的裂结过程中，观察到电导的变化，得知电极对打开间隔的大小，最终推知分子结电导随距离变化的演变信息。