一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法、系统与流程

本发明涉及纳米级调距领域，具体指有一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法、系统。

背景技术：

1、随着单分子电学测量技术的发展，研究者已经可以实现在常温常压下直接对单一分子电输运行为的快速表征。单分子电学测量技术能够在单分子水平上揭示分子结构与功能之间蕴藏的丰富信息。利用其能够操纵单个分子的技术优势，单分子电学测量技术将为单分子传感和识别、单分子电化学行为、单分子尺度化学反应乃至单分子尺度的材料热电势研究等前沿方向和领域提供潜在的应用平台。目前单分子结热电势测量的主要方法为在常用的机械可控裂结技术(mechanically controllable break junction,mcbj)方法或扫描隧穿裂结技术(scanning tunneling microscope break junction,stm-bj)等。

2、单分子尺寸正常是在0.1nm-10nm之间，可以通过压电陶瓷来控制纳米级位移。由于压电陶瓷的位移距离有限，现有技术如图1所示，通过将多个压电陶瓷叠加，在压电陶瓷组的底端连接探针，对压电陶瓷组施加电压实现探针和基底的接触和断开。但是叠加后的压电陶瓷组相较于单个压电陶瓷，其步进距离成倍增加，精度也就随之下降，成本增高，同时未对压电陶瓷组加载电压时探针和基底距离已经十分靠近，基底上难以放置或更换待测样品。

3、针对上述的现有技术存在的问题设计一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法、系统是本发明研究的目的。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明在于提供一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法、系统，能够有效解决上述现有技术存在的至少一个问题。

2、本发明的技术方案是：

3、一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法，其特征在于：所述纳米级调距方法基于单分子测量仪，所述单分子测量仪包括基底、步进电机、探针，所述探针和所述基底分别作为单分子测量仪的测试电极，所述基底固定设置，所述步进电机的伸缩端通过压电陶瓷连接所述探针，所述步进电机和所述压电陶瓷协同驱动所述探针靠近或远离所述基底；

4、所述纳米级调距方法包括：

5、s1，对所述压电陶瓷施加并保持最大行程电压，使所述压电陶瓷保持最大行程；

6、s2，通过所述步进电机驱动所述压电陶瓷和所述探针快速靠近所述基底；

7、s3，当所述探针和所述基底接触，控制所述步进电机停止运行，对所述压电陶瓷施加的电压由最大行程电压逐渐降低到0v，若所述探针和所述基底能够断开，则进入s4，若所述探针和所述基底无法断开，则控制所述步进电机驱动所述压电陶瓷和所述探针远离所述基底后回到s2；

8、s4，对所述压电陶瓷施加电压使所述探针和所述基底多次接触、断开，包括：

9、s41，对所述压电陶瓷施加多次从最大行程电压为起点以初始的电压变化速度降低的电压，使所述探针和所述基底多次接触、断开；

10、所述初始的电压变化速度与待测分子的长度相关，所述待测分子的长度大于2nm或小于0.5nm，则降低所述初始的电压变化速度；

11、s42，所述探针和所述基底每次接触、断开后，执行：循环若干次：对所述压电陶瓷施加电压使所述探针和所述基底接触，降低对所述压电陶瓷的施加电压，使所述探针和所述基底断开后，对所述压电陶瓷施加正弦、方波、三角波、不规则波其中的一种或多种组合的电压，使所述探针抖动脱落探针表面残留的待测样品；

12、s43，检测所述探针和所述基底之间是否捕获到单分子，若是，则构建得到单分子结，进行分子信号测量；若否，则降低电压变化速度并回到s41；

13、s5，进行分子电学信号测量。

14、进一步地，步骤s2中，在所述探针靠近所述基底的过程中，对所述探针和所述基底施加偏置电压，监测所述探针和所述基底之间的电流变化情况；

15、步骤s3中，当所述探针和所述基底之间出现电流，则判定所述探针和所述基底接触，当所述探针和所述基底之间的电流消失，则判定所述探针和所述基底断开。

16、进一步地，通过以下步骤检测所述探针和所述基底之间是否捕获到单分子：

17、所述探针和所述基底多次接触、断开的过程中，测量所述探针和所述基底之间的电导，生成电导变化曲线，对所述电导变化曲线图像分析，若电导变化曲线突降后出现阶梯状维持短暂时间，则表明所述探针和所述基底之间捕获到单分子。

18、进一步地，所述初始的电压变化速度与待测分子与所述探针的亲和度正相关。

19、进一步地，步骤s2包括：

20、通过所述步进电机驱动所述压电陶瓷和所述探针先以第一速度靠近所述基底，再以第二速度靠近所述基底，所述第一速度大于所述第二速度。

21、进一步地，进行分子信号测量之前，执行：

22、保持当前压电陶瓷的施加电压。

23、进一步提供一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距系统，包括基底、步进电机、探针、控制系统，所述探针和所述基底分别作为单分子测量的测试电极，所述基底固定设置，所述步进电机的伸缩端通过压电陶瓷连接所述探针，所述步进电机和所述压电陶瓷协同驱动所述探针靠近或远离所述基底；

24、所述控制系统运行时执行所述的一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法。

25、因此，本发明提供以下的效果和/或优点：

26、本申请通过在步进电机和探针之间设置压电陶瓷，以压电陶瓷满行程的状态通过步进电机驱动探针和基底接触，改变了现有技术通过步进电机带动压电陶瓷和探针先构建毫米、微米级间隙后再通过压电陶瓷探索探针是否能接触基底的工作模式，直接通过驱动探针和基底接触后再通过压电陶瓷的收缩使探针断开基底，确保了探针和基底能够接触再通过压电陶瓷探索能否使探针和基底断开的工作模式，提高了构建分子节的速度。

27、本申请通过在探针断开基底后增加了使探针抖动的电压波形，通过探针抖动将探针表面的残留样品甩开，使探针保持清洁的状态重新接触待测样品和基底，防止待测样品粘在探针表面难以脱离，提高构建分子节的效率。

28、本申请根据待测样品的理化性质，采用不同的初始电压变化速率，从而适应不同的待测样品，选择能够构建得到单分子结的最快初始变化速率进行，能够提高构建分子节的效率。

29、应当明白，本发明的上文的概述和下面的详细说明是示例性和解释性的，并且意在提供对如要求保护的本发明的进一步的解释。

技术特征：

1.一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法，其特征在于：所述纳米级调距方法基于单分子测量仪，所述单分子测量仪包括基底、步进电机、探针，所述探针和所述基底分别作为单分子测量仪的测试电极，所述基底固定设置，所述步进电机的伸缩端通过压电陶瓷连接所述探针，所述步进电机和所述压电陶瓷协同驱动所述探针靠近或远离所述基底；

2.根据权利要求1所述的一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法，其特征在于：步骤s2中，在所述探针靠近所述基底的过程中，对所述探针和所述基底施加偏置电压，监测所述探针和所述基底之间的电流变化情况；

3.根据权利要求1所述的一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法，其特征在于：通过以下步骤检测所述探针和所述基底之间是否捕获到单分子：

4.根据权利要求1所述的一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法，其特征在于：所述初始的电压变化速度与待测分子与所述探针的亲和度正相关。

5.根据权利要求1所述的一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法，其特征在于：步骤s2包括：

6.根据权利要求1所述的一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法，其特征在于：进行分子信号测量之前，执行：

7.一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距系统，其特征在于：包括基底、步进电机、探针、控制系统，所述探针和所述基底分别作为单分子测量的测试电极，所述基底固定设置，所述步进电机的伸缩端通过压电陶瓷连接所述探针，所述步进电机和所述压电陶瓷协同驱动所述探针靠近或远离所述基底；

技术总结本发明涉及一种用于构建单分子结的大行程的纳米级调距方法、系统，所述步进电机的伸缩端通过压电陶瓷连接所述探针，所述步进电机和所述压电陶瓷协同驱动所述探针靠近或远离所述基底；所述纳米级调距方法包括：S1，对所述压电陶瓷施加并保持最大行程电压，使所述压电陶瓷保持最大行程；S2，通过所述步进电机驱动所述压电陶瓷和所述探针快速靠近所述基底；S3，当所述探针和所述基底接触，对所述压电陶瓷施加的电压由最大行程电压逐渐降低到0V，若所述探针和所述基底无法断开，则控制所述步进电机驱动所述压电陶瓷和所述探针远离所述基底后回到S2；S4，对所述压电陶瓷施加电压使所述探针和所述基底多次接触、断开，构建单分子结。技术研发人员：洪文晶,黄宝贵,张森森,钱伟杰,陈嵬,吴文峰,张桂明受保护的技术使用者：微瑞精仪（厦门）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/17