專利名稱：一種納流控芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于納米加工及納流控信號檢測領(lǐng)域，具體地說是通過AFM加工出納米級深度及寬度的管道的納流控芯片。
背景技術(shù)：
納米管道是指至少有一維尺寸在納米級的微小管道，納米管道在納流控研究領(lǐng)域中具有許多優(yōu)勢。由于納米管道的尺寸在納米級，因而可用于研究在如此細小的管道內(nèi)液體和氣體的新穎物理特性。納米管道相比納米孔來說，具有較長的一維尺度，使得管道中液體可以具有更慢的流動速度，因而可提高檢測的分辨率。同時在納米管道兩側(cè)可設(shè)置多個檢測點，這些有助于對管道內(nèi)物體特性進行高靈敏度、多點檢測。包含納米管道的納流控芯片可廣泛應(yīng)用于對細小納米物體進行高靈敏度檢測和操作，如生物分子檢測及單DNA操作寸。目前納米管道的加工方法主要有聚焦離子束法，化學(xué)腐蝕方法。聚焦離子束加工方法利用等離子體轟擊樣本去除樣本表面材料，形成溝道。但該方法價格昂貴，容易損傷樣本，且準備樣本的過程很緩慢?；瘜W(xué)腐蝕方法通過化學(xué)溶液與樣本發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將一定樣本腐蝕掉形成溝道，但該方法難以控制腐蝕溝道的參數(shù)及均勻性，且容易留下殘留物，造成污染。

實用新型內(nèi)容為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的目的是提供一種納流控芯片及基于AFM的加工方法和應(yīng)用。近年來原子力顯微鏡(Atomic force microscopy, AFM)成為納米加工的有力工具，AFM納米加工方法具有加工精度高，不需要苛刻的操作環(huán)境(如真空，低溫等)，操作靈活，成本低廉等優(yōu)點。利用AFM的探針操控技術(shù)可以實現(xiàn)納米尺度下的推、拉、刻、劃等操作。通過探針刻劃操作，可以在樣本上加工出多種形式的納米凹槽、溝道等納米結(jié)構(gòu)。將 AFM加工技術(shù)應(yīng)用到納流控領(lǐng)域目前還沒有相關(guān)報道，我們將結(jié)合AFM納米加工的優(yōu)勢，使其與納流控芯片的加工制作相結(jié)合，加工出納米管道，利用該管道可對納米物體(顆粒，生物分子等)進行計量、尺寸檢測及特性測試。本實用新型的具體方案如下一種納流控芯片，其特征在于在芯片的兩端設(shè)置兩個儲液池，每個儲液池連有微米管道，所述兩個微米管道間設(shè)置納米管道，所述納米管道兩側(cè)各設(shè)置與納米管道成垂直的電極。為取得最佳技術(shù)效果，所述納米管道深度為1 一20nm，寬l-200nm，長15_25mm ；所述電極的數(shù)量為5對。本實用新型還公開了所述納流控芯片的加工方法1)設(shè)計加工出納流控芯片結(jié)構(gòu)，芯片由微機電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)加工工藝完成，芯片結(jié)構(gòu)為含有兩個儲液池，儲液池間連有微米管道，所述微米管道間留有20微米待加工區(qū)域，用于利用AFM刻劃加工出納米管道，AFM探針在加工納米管道過程中同時將電極割斷形成自配準的電極對，通過該電極對可對管道內(nèi)物體物理特性進行信號檢測；2)利用AFM探針的機械刻劃功能，通過控制探針壓入芯片一定深度，并控制探針直線運動，可在芯片上預(yù)留的待加工區(qū)域加工出深度為1 一20nm，寬l-200nm，長15-25mm溝道；納米管道兩側(cè)各有5個與納米管道成垂直的電極；3)對加工好納米管道的芯片進行陽極鍵合封裝(陽極鍵合是一種利用電和熱相互作用實現(xiàn)固體電解質(zhì)玻璃(陶瓷)與半導(dǎo)體(金屬)材料固態(tài)連接的一種方法)，并在封裝后的芯片儲液池上方各加工出小孔，通入直徑幾個納米的帶電顆粒溶液或DNA溶液。本實用新型進一步公開了一種所述納流控芯片的應(yīng)用方法， 在芯片儲液池間施加一定電壓，同時在管道兩側(cè)電極上施加一個小電壓并測量電流信號的變化；當有物體在納米管道中流動經(jīng)過電極時，將產(chǎn)生電流的變化，對該信號檢測可用于分析納米材料的結(jié)構(gòu)及物理特性。本實用新型的原理設(shè)計加工出帶有橫向電極的特定結(jié)構(gòu)納流控芯片，并利用AFM加工出深度和寬度都在納米級的納米管道。通過在管道入口和出口儲液池施加一定電壓，可驅(qū)動管道內(nèi)帶電納米物體(顆粒，生物分子等)在管道內(nèi)運動。當管道內(nèi)帶電納米物體經(jīng)過管道兩側(cè)的微電極時將引起電極測得的電流信號發(fā)生變化，進而利用該信號變化可對納米物體(顆粒，生物分子等)的結(jié)構(gòu)和物理特性進行分析。本實用新型具有如下優(yōu)點納米管道的AFM加工方法快捷，精確而且成本不高。電壓驅(qū)動納米物體(顆粒，生物分子等)通過管道的方法通過改變電壓大小及電壓極性可有效、靈活地改變納米物體(顆粒，生物分子等)在納米管道中的運動速度、方向，有利于通過電極對納米物體(顆粒，生物分子等)的結(jié)構(gòu)和物理特性進行高靈敏度檢測。本實用新型可用于DNA分子的低成本、快速測序，因而對生物醫(yī)學(xué)及生物檢測具有重要科學(xué)意義。

圖1為本實用新型的納流控芯片結(jié)構(gòu)圖；圖2為AFM實際加工的納米管道照片；[0019]圖3a_圖北為納米物體溶液通過納米管道的熒光照片；圖4為電極檢測到的納米物體通過納米管道過程中的電信號曲線。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖具體說明本實用新型。圖1為本實用新型納流控芯片結(jié)構(gòu)，其中1所指示部分為電極，芯片上設(shè)計了 5對電極，2為AFM加工出的納米管道，3為微米管道，4為儲液池。加工方法為1)設(shè)計納流控芯片設(shè)計加工出如圖1所示的納流控芯片，其中微米管道3中間的未連接區(qū)域為待加工區(qū)域，用于后續(xù)利用AFM加工方法加工出納米管道2。該芯片結(jié)構(gòu)中可利用電極1對納米管道2中的納米物體溶液進行信號檢測分析；2)AFM加工納米管道通過控制AFM探針壓入芯片表面一定深度，并控制探針直線運動，可在芯片上預(yù)留的待加工區(qū)域加工出深度和寬度都在納米級的納米管道2，AFM實際加工的效果如圖2所示。AFM探針在加工納米管道2過程中同時將電極1割斷形成自配準的電極對，用于對納米管道2中的納米物體進行信號檢測。3)芯片的鍵合封裝及通入帶電納米物體溶液對加工好納米管道的芯片進行陽極鍵合封裝，所述陽極鍵合封裝是指利用電和熱相互作用實現(xiàn)電解質(zhì)玻璃對微流控芯片的固態(tài)封蓋，使得納米管道在微流控芯片內(nèi)部成為一個中空的疏通管道，用于通入納米物體溶液。在封裝后的芯片儲液池4上方加工出小孔，在抽真空條件下通入帶電納米物體溶液5 (顆粒，生物分子等)，如圖3a_圖北所示，在圖3a中，微米管道3沒有液體，無法顯示，當有液體通過時(圖北所示)，微米管道3有液體流動，微米管道3可顯示。圖中液體流動方向為由右側(cè)流向左側(cè)。納米管道中納米物體溶液的電場驅(qū)動及信號檢測在芯片的兩個儲液池4分別施加一定電壓，則如圖3a所示，右側(cè)微米管道3中的納米物體溶液在電場驅(qū)動下，帶電納米物體由右側(cè)微米管道3經(jīng)納米管道2流動到左側(cè)微米管道3。從圖北可以看到右側(cè)的納米物體溶液5已經(jīng)流到了左側(cè)的微米管道中。在此過程中，通過在電極1測量電流的變化。當納米管道中有納米物體經(jīng)過電極1時，將引起電流產(chǎn)生突變，如圖4所示。利用該信號可對納米物體的結(jié)構(gòu)和物理特性進行深入分析。
權(quán)利要求1.一種納流控芯片，其特征在于在芯片的兩端設(shè)置兩個儲液池，每個儲液池連有微米管道，所述兩個微米管道間設(shè)置納米管道，所述納米管道兩側(cè)各設(shè)置與納米管道成垂直的電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納流控芯片，其特征在于所述納米管道深度為1一20nm，寬 l-200nm，長 15_25mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納流控芯片，其特征在于所述電極的數(shù)量為5對。
專利摘要本實用新型公開一種納流控芯片，所述芯片的兩端設(shè)置兩個儲液池，每個儲液池連有微米管道，所述兩個微米管道間設(shè)置納米管道，所述納米管道兩側(cè)各設(shè)置與納米管道成垂直的電極。利用AFM探針加工出連通微米管道的納米管道。在芯片儲液池間施加一定電壓，同時在管道兩側(cè)電極上施加一個小電壓并測量電流信號的變化；當有物體在納米管道中流動經(jīng)過電極時，將產(chǎn)生電流的變化，對該信號檢測可用于分析納米材料的結(jié)構(gòu)及物理特性。該納流控芯片的加工及信號檢測方法可應(yīng)用于DNA分子的低成本、快速測序。
文檔編號G01N27/403GK201993335SQ20102069011
公開日2011年9月28日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者焦念東, 王志遷, 董再勵 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所