一种精确可控的纳米孔制造方法技术

本发明专利技术涉及纳米加工的技术领域，更具体地，涉及一种精确可控的纳米孔制造方法，包括：安装第一电极丝和第二电极丝，所述第一电极丝的一端插入液腔中，所述第二电极丝的一端接触芯片上需形成纳米孔的位置；在所述第二电极丝的表面加工沟槽状的亲水结构，并采用盐溶液润湿第二电极丝的表面；第一电极丝的另一端以及第二电极丝的另一端通电在芯片的两端施加电压；当纳米孔的孔径不断扩大至所需孔径时，立即停止施加电压；清洗芯片并干燥。本发明专利技术不仅能实现纳米孔的精确定位，而且能实现所需孔径的纳米孔的精确制造，制造方法简单高效，适用范围广泛，解决了电击穿制造纳米孔无法精确定位、聚焦离子束制造孔径不稳定的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种精确可控的纳米孔制造方法
本专利技术涉及纳米加工的
，更具体地，涉及一种精确可控的纳米孔制造方法。
技术介绍
根据纳米孔的组成材料，纳米孔技术大致可以分为两类。一种是与生物材料相关的“生物纳米孔”，另一种是与半导体材料相关的“固态纳米孔”。生物纳米孔和固态纳米孔共同使用的最常见的DNA测序方法是检测DNA转运过程中通过纳米孔的离子电流的变化，并从粒子电流的变化中识别出四种类型的核苷酸。由于每个核苷酸分子的结构差异很小，为了提取由四种类型的核苷酸产生的离子电流变化，纳米孔的直径必须和DNA的直径在相同数量级上；除此之外，为了在空间上区分DNA中的每个核苷酸，纳米孔的侯素也必须和核苷酸之间的距离在相同数量级上。虽然生物纳米孔提供了更大的灵敏度和更低的噪声特性，但由于其脆弱的脂质双层结构，以及被限制在非常特殊的操作条件下使用，并且通过它的需要是非常小的分子；而固态纳米孔提供了更高的耐久性、更好的热力学性能、更灵活的尺寸以及形状调整能力，有利于大量生产并降低生产成本。通常在薄膜表面使用聚焦离子束或电子束打孔，孔径及孔形貌可以通过调整光束参数或后续使用扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM)进行缩孔，扩孔及孔形貌的变化。但是，由于离子束种类的不同，使用参数的不确定性，很难精确可控电子束及离子束形成形成所需孔径的纳米孔。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种精确可控的纳米孔制造方法，能够实现纳米孔的精确定位以及实现所需孔径的纳米孔的精确制造，制造方法简单高效，应用范围广泛。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种精确可控的纳米孔制造方法，所述纳米孔开设于芯片上，所述芯片固定在液池中，所述液池设有填充有盐溶液的液腔；所述制造方法包括以下步骤：S10.安装第一电极丝和第二电极丝，所述第一电极丝的一端插入液腔中，所述第二电极丝的一端接触芯片上需形成纳米孔的位置；S20.在所述第二电极丝的表面加工沟槽状的亲水结构，并采用盐溶液润湿第二电极丝的表面；S30.第一电极丝的另一端以及第二电极丝的另一端通电在芯片的两端施加电压；S40.当纳米孔的孔径不断扩大至所需孔径时，立即停止施加电压；S50.清洗芯片并干燥。本专利技术的精确可控的纳米孔制造方法，将第二电极丝移动到所需形成纳米孔的位置进行加工，实现纳米孔的精确定位；通过监测实时电流的大小控制纳米孔孔径，实现所需孔径的纳米孔的精确制造；本专利技术解决了电击穿制造纳米孔无法精确定位，聚焦离子束制造孔径不稳定的难题。优选地，所述芯片表面铺设有薄膜结构，所述薄膜结构选自纳米级单层薄膜、微米级单层薄膜、微米级多层复合薄膜、纳米级多层复合薄膜中的一种，所述薄膜结构的厚度为5nm～100nm。本专利技术可以在米级单层薄膜、微米级单层薄膜、微米级多层复合薄膜、纳米级多层复合薄膜上制备纳米孔，适用范围广泛。优选地，所述薄膜结构选自氮化硅薄膜、氧化硅薄膜或氮化硅/氧化硅/氮化硅三层薄膜中的一种。优选地，步骤S10中，所述第一电极丝、第二电极丝选自银、铜、金、铝、钨中的一种或多种的复合，所述第一电极丝、第二电极丝的截面直径为100nm～10μm。银、铜、金、铝、钨及其合金的导电性好，便于后续电压的施加。优选地，步骤S20中，在第二电极丝表面加工的方式选自激光加工、聚焦离子束加工、透射电子显微镜中的一种或多种组合；所述亲水结构选自三角形、菱形、方形中的一种或多种的组合。亲水结构的设置便于盐溶液在第二电极丝表面浸润。优选地，步骤S20中，所述盐溶液选自氯化钠溶液、氯化钾溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液、氯化镧溶液中的一种或多种的混合；所述盐溶液的PH为6.0～8.0，盐溶液PH调节用缓冲液选自Tris-HCl缓冲液、HEPES缓冲液、PBS缓冲液中的一种。在盐溶液中滴加缓冲液以调节盐溶液的PH。优选地，步骤S30中，所述电压为恒定电压、相同时间间隔的脉冲电压或不同时间间隔的脉冲电压，所述电压为0.1V至30V。优选地，步骤S40中，获取流经第一电极丝和第二电极丝的实时电流，通过实时电流的变化判断纳米孔的形态：a.实时电流保持不变，纳米孔尚未形成；b.实时电流发生突变，纳米孔形成；c.实时电流逐渐增大，纳米孔孔径不断增加；d.实时电流增加到设定电流，所需的纳米孔加工完成。优选地，步骤S50中，芯片的清洗采用脱气的去离子水至少5次冲洗，芯片的干燥采用吸气器的吸力进行干燥。优选地，所述第一电极丝远离芯片的一端和第二电极丝远离芯片的一端的连接有电流放大器，所述电流放大器通过USB接口连接个人电脑。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的精确可控的纳米孔制造方法，将第二电极丝移动到所需形成纳米孔的位置进行加工，实现纳米孔的精确定位；通过监测实时电流的大小控制纳米孔孔径，实现所需孔径的纳米孔的精确制造；制造方法简单高效，且解决了电击穿制造纳米孔无法精确定位，聚焦离子束制造孔径不稳定的难题。(2)本专利技术能够在氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、及其他微米级或纳米级单层薄膜、或氮化硅/硅/氮化硅三层薄膜、及其他微米级或纳米级多层复合薄膜上制备纳米孔，适用范围广泛。附图说明图1为本专利技术的精确可控的纳米孔制造方法的流程示意图。图2为本专利技术的第一电极丝的结构示意图。图3为本专利技术的第二电极丝的结构示意图。图4为本专利技术的第二电极丝润湿后的结构示意图。图5为本专利技术的精确可控的纳米孔制造时的状态示意图。图6为本专利技术的精确可控的纳米孔形成时的状态示意图。附图中：1-芯片；2-液池；21-液腔；3-第一电极丝；4-第二电极丝；41-亲水结构；5-薄膜结构；6-纳米孔。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。实施例一如图1所示为本专利技术的精确可控的纳米孔6制造方法的实施例，所述纳米孔6开设于芯片1上，所述芯片1固定在液池2中，所述液池2设有填充有盐溶液的液腔21；所述制造方法包括以下步骤：S10.安装第一电极丝3和第二电极丝4，所述第一电极丝3的一端插入液腔21中，所述第二电极丝4的一端接触芯片1上需形成纳米孔6的位置；S20.在所述第二电极丝4的表面加工沟槽状的亲水结构41，并采用盐溶液润湿第二电极丝4的表面；S30.第一电极丝3的另一端以及第二电极丝4的另一端通电在芯片1的两端施加电压；S40.当纳米孔6的孔径不断扩大至所需孔径时，立即停止施加电压；S50.清洗芯片1并干燥。本实施例的芯片1表面铺设有薄膜结构5，所述薄膜结构5选自纳米级单层薄膜、微米级单层薄膜、微米级多层复合薄膜、纳米级多层复合薄膜中的一种，所述薄膜结构5的厚度为5nm～100nm。本实施例的薄膜结构5选自氮化硅薄膜、氧化硅薄膜或氮化硅/氧化硅/氮化硅三层薄膜中的一种。本专利技术可以在氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、及其他微米级或纳米级单层薄膜、或氮化硅/硅/氮化硅三层薄膜、及其他微米级或纳米级多层复合薄膜上制备纳米孔6，适用范围广泛。另外，本实施例中，第一电极丝3远离芯片1的一端和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种精确可控的纳米孔制造方法，所述纳米孔开设于芯片上，所述芯片固定在液池中，所述液池设有填充有盐溶液的液腔；其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：S10.安装第一电极丝和第二电极丝，所述第一电极丝的一端插入液腔中，所述第二电极丝的一端接触芯片上需形成纳米孔的位置；S20.在所述第二电极丝的表面加工沟槽状的亲水结构，并采用盐溶液润湿第二电极丝的表面；S30.第一电极丝的另一端以及第二电极丝的另一端通电在芯片的两端施加电压；S40.当纳米孔的孔径不断扩大至所需孔径时，立即停止施加电压；S50.清洗芯片并干燥。

【技术特征摘要】
1.一种精确可控的纳米孔制造方法，所述纳米孔开设于芯片上，所述芯片固定在液池中，所述液池设有填充有盐溶液的液腔；其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：S10.安装第一电极丝和第二电极丝，所述第一电极丝的一端插入液腔中，所述第二电极丝的一端接触芯片上需形成纳米孔的位置；S20.在所述第二电极丝的表面加工沟槽状的亲水结构，并采用盐溶液润湿第二电极丝的表面；S30.第一电极丝的另一端以及第二电极丝的另一端通电在芯片的两端施加电压；S40.当纳米孔的孔径不断扩大至所需孔径时，立即停止施加电压；S50.清洗芯片并干燥。2.根据权利要求1所述的精确可控的纳米孔制造方法，其特征在于，所述芯片表面铺设有薄膜结构，所述薄膜结构选自纳米级单层薄膜、微米级单层薄膜、微米级多层复合薄膜、纳米级多层复合薄膜中的一种，所述薄膜结构的厚度为5nm～100nm。3.根据权利要求2所述的精确可控的纳米孔制造方法，其特征在于，所述薄膜结构选自氮化硅薄膜、氧化硅薄膜或氮化硅/氧化硅/氮化硅三层薄膜中的一种。4.根据权利要求1所述的精确可控的纳米孔制造方法，其特征在于，步骤S10中，所述第一电极丝、第二电极丝选自银、铜、金、铝、钨中的一种或多种的复合，所述第一电极丝、第二电极丝的截面直径为100nm～10μm。5.根据权利要求1所述的精确可控的纳米孔制造方法，其特征在于，步骤S20中，在第二电极丝表面加工的方式选自激光加工、聚焦离子束加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷鑫，袁志山，王成勇，凌新生，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44