專利名稱：一種納米級檢測芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測儀器，具體說是一種納米級檢測芯片。
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
坐寸ο目前納米管道的加工方法主要有聚焦離子束法，化學腐蝕方法。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腐蝕方法通過化學溶液與樣本發(fā)生化學反應(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。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)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種納米級檢測芯片。具體方案如下一種納米級檢測芯片，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；所述的儲液池為長方形，儲液池一側(cè)設(shè)置多個與儲液池成垂直角度的電極。所述納米管道深度為I一 20nm,寬l_200nm,長15-25 μ m。所述電極的數(shù)量為5對，一個儲液池一側(cè)設(shè)置與儲液池成垂直角度的電極數(shù)量為5個,另一個儲液池的電極數(shù)為I個。本發(fā)明的芯片加工方法為I)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 MechanicalSystems, 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I一20nm，寬l_200nm，長15-25 μ m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(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。本發(fā)明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，為精確設(shè)定電壓，本發(fā)明的與儲液池連接的一組電極數(shù)為多個，本實施例為5個，可根據(jù)不同的檢測要求精確施加電流、電壓，防止僅僅一組電極時產(chǎn)生的調(diào)整電壓的同時帶來對電流的影響。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。 本發(fā)明具有如下優(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。本發(fā)明可用于DNA分子的低成本、快速測序，因而對生物醫(yī)學及生物檢測具有重要科學意義。


圖I為本發(fā)明的納流控芯片結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明。圖I為本發(fā)明納流控芯片結(jié)構(gòu)，其中I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，5為儲液池電極，6為單個儲液池電極。加工方法為I)設(shè)計納流控芯片設(shè)計加工出如圖I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I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I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(顆粒，生物分子等)，當有液體通過時，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，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。在此過程中，通過電極I測量電流的變化。當納米管道中有納米物體經(jīng)過電極I時，將引起電流產(chǎn)生突變，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。為精確控制，儲液池電極可接不同電源，以消除單一電源所產(chǎn)生的電壓與電流相互波動影響。
權(quán)利要求
1.一種納米級檢測芯片，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； 所述的儲液池為長方形，儲液池一側(cè)設(shè)置多個與儲液池成垂直角度的電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的芯片，其特征在于所述納米管道深度為I一20nm，寬l_200nm,長 15-25 μ m。
3.權(quán)利要求I所述的芯片，其特征在于所述電極的數(shù)量為5對，一個儲液池一側(cè)設(shè)置與儲液池成垂直角度的電極數(shù)量為5個，另一個儲液池的電極數(shù)為I個。
全文摘要
本發(fā)明公開一種納米級檢測芯片，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；所述的儲液池為長方形，儲液池一側(cè)設(shè)置多個與儲液池成垂直角度的電極。本發(fā)明可根據(jù)不同的檢測要求精確施加電流、電壓，防止僅僅一組電極時產(chǎn)生的調(diào)整電壓的同時帶來對電流的影響。
文檔編號C12M1/34GK102911861SQ20121039381
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者任凱 申請人:沈陽市東陵區(qū)(渾南新區(qū))卓科技術(shù)開發(fā)中心