柔性基底纳米孔结构和纳米孔阵列制造方法技术

本发明专利技术提供一种柔性基底纳米孔结构的制造方法，包括步骤：步骤100、形成纳米孔结构；步骤200、形成柔性基底的纳米孔结构；步骤100包括：在孔基底上形成纳米孔结构，纳米孔结构包括纳米孔腔、纳米孔和光栅，光栅由多组光栅槽构成，纳米孔腔贯穿孔基底，纳米孔是纳米孔腔的一端开口，光栅围绕纳米孔腔，光栅形成于孔基底上远离纳米孔的面上；形成覆盖光栅和纳米孔腔的金属层，以缩小纳米孔尺寸至1～100nm。形成覆盖金属层的等离激元光谱纳米孔，纳米孔周围是布拉格光栅反射镜，实现柔性基底制备；单个纳米孔的尺寸小，具有不易被外力折断，满足恶劣环境下的测序有益效果；金属层表面局域等离激元增强电场与距离呈指数衰减，提供亚纳米的空间分辨率。

【技术实现步骤摘要】
柔性基底纳米孔结构和纳米孔阵列制造方法
本专利技术属于基因测序领域和生物分子传感领域，尤其涉及柔性基底纳米孔结构和柔性基底纳米孔阵列制造方法。
技术介绍
遗传信息的测量对生命科学和医学领域具有革命性的推动作用。未来精准医疗与个性化医疗需求成本更低、速度更快、精度更高以及读长更长的新型测序技术。新一代单分子实时测序技术解决了读长更长和速度更快的需求；最近飞速发展的生物纳米孔测序技术进一步解决了成本更低的需求。生物纳米孔测序技术不需要准备大量的样品，样品制备过程不需要耗费生物与化学试剂，大大降低了测序成本，也节省了DNA克隆和扩增的时间，节约了时间成本。英国OxfordNanoporeTechnologies(ONT)公司发布第一款商用生物纳米孔测序仪MinION，具有手掌大小的体积，便携性非常好，极大地拓展了测序仪的应用场景。比如MinION被用于非洲地区的埃博拉病毒的快速检测和鉴定工作，被美国国家航空航天局用于太空中的测序工作。然而，目前的生物纳米孔镶嵌在脂双层膜上，对环境敏感(pH，温度，盐浓度等)，稳定性和耐用性比较差，使用寿命有限；另外，生物纳米孔一般只能采用离子阻断电流的检测机制，需要特制低噪电流放大电路达到足够的灵敏度，使测序单元的大规模矩阵化集成具有非常大的挑战性。为克服生物纳米孔的缺点，具有良好稳定性、耐用性，适合大规模批量生产，容易与光电检测集成的固态纳米孔被广泛研究。目前的固态纳米孔技术主要也是通过测量离子阻断电流来实现测序，但其面临诸多挑战：首先，DNA链在纳米孔中的转运行为不易控制，碱基的朝向不受控制，具有很大的随机性，DNA移动速度太快(0.1～1μs/bp)；DNA与纳米孔表面发生非特异性结合，形成二级或三级结构，阻塞纳米孔，限制DNA链的正常转运行为；在传统的生物和固态纳米孔检测技术中，一般使用离子阻断电流来分辨不同的碱基序列，然而电流检测技术具有一个本质的局限性：纳米孔周围的电场会向两侧延伸，导致纳米孔有效长度延长，限制了检测分辨率。这些问题都严重限制了固态纳米孔测序技术的成功实现。为了解决上述问题，本专利技术提出下面几项技术方案，以实现方便快捷准确的纳米孔测序：新型柔性基底固态纳米孔制备技术；模块化的纳米孔装置实时快速组装模式；使用运动蛋白有效地控制DNA或RNA在固态纳米孔中的转运速度；将光谱测量技术结合至固态纳米孔测量中，提高序列测量的准确度。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供基于运动蛋白的DNA转运速度控制装置，用于解决固态纳米孔存在的几个问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种柔性基底纳米孔结构的制造方法，包括步骤：步骤100、形成纳米孔结构；步骤200、形成柔性基底的纳米孔结构；其特征在于，步骤100包括：1001、提供衬底，所述衬底是硅晶圆；1002、在所述衬底上形成牺牲层，所述牺牲层是含硅化合物；1003、在所述牺牲层上形成孔基底层；1004、所述孔基底层形成孔基底；1005、在所述孔基底上形成纳米孔结构，所述纳米孔结构包括纳米孔腔、纳米孔和光栅，所述光栅由多组光栅槽构成，所述纳米孔腔贯穿所述孔基底，所述纳米孔是所述纳米孔腔的一端开口，所述纳米孔腔呈非线性缩小腔体或线性缩小腔体向所述纳米孔延伸，所述光栅围绕所述纳米孔腔，所述光栅形成于所述孔基底上远离所述纳米孔的面上；1006、形成覆盖所述光栅和所述纳米孔腔的孔保护膜，形成覆盖所述光栅和所述纳米孔腔的金属层，以缩小所述纳米孔尺寸至1～100nm；所述步骤200包括：2001、形成覆盖所述光栅和所述纳米孔腔的孔保护牺牲层；2002、形成覆盖所述孔基底的柔性基底；2003、在柔性基底上形成若干通孔，以暴露出所述牺牲层；2004、通过所述通孔加入氢氟酸缓冲液，以全部刻蚀所述牺牲层；2005、去除覆盖所述光栅和所述纳米孔腔的柔性基底和孔保护牺牲层，形成流体腔。优选地，步骤1002中，使用溅射或蒸发工艺形成所述牺牲层，所述牺牲层厚度为100-2000nm。优选地，使用化学气相沉积法蒸镀形成所述孔基底层，所述孔基底层厚度为100-2000nm。优选地，所述孔基底层是氮化硅；步骤1005中，使用反应离子刻蚀所述孔基底层以依次形成所述光栅、所述纳米孔腔，优选地，步骤1005中，使用氢氧化钾湿法刻蚀所述孔基底层以同时形成所述光栅、所述纳米孔腔。优选地，通过所述纳米孔腔加入BHF，以刻蚀所述牺牲层，形成孔下微腔。优选地，使用原子沉积法形成所述孔保护膜，所述孔保护膜包括二氧化硅层优选地，使用溅射或蒸发工艺形成所述金属层，以缩小所述纳米孔尺寸，形成等离激元增强的光谱纳米孔。优选地，还包括在所述孔基底上形成盲孔，以增加所述柔性基底与所述孔基底的接触面积和密封。还提供一种柔性基底纳米孔阵列的制造方法，其特征在于，步骤1004中，所述孔基底层形成由若干孔基底组成的阵列。。本专利技术提供柔性基底纳米孔结构和柔性基底纳米孔阵列制造方法，每个纳米孔结构含有一个覆盖金膜的等离激元光谱纳米孔，纳米孔周围是布拉格光栅反射镜，实现柔性基底纳米孔结构或柔性基底纳米孔阵列的制备，单个纳米孔的尺寸比较小，具有不容易发生机械折断，减少外部环境对纳米孔器件的冲击，纳米孔不易被外力折断，满足恶劣环境下的测序工作的有益效果；金属层表面局域等离激元增强电场与距离呈指数衰减，可以提供亚纳米的空间分辨率，因此无论纳米孔的尺寸如何，只利用表面的等离激元增强电场即可以实现亚纳米空间分辨率的检测。附图说明图1a是在晶圆上预形成纳米孔结构的孔基底阵列的俯视图。图1b是在晶圆上预形成纳米孔结构的孔基底阵列的立体视图。图2a～2f是在氮化硅孔基底上形成纳米孔工艺分步骤的剖视图。图3a～3f是在硅孔基底上形成纳米孔工艺分步骤的剖视图。图4a～4i是3种光栅结构与3种纳米孔结构的组合俯视图。图5a～5f是2种光栅结构与3种纳米孔结构的组合俯视图。图6a～6c是3种光栅槽横截面图。图7a～7c是在孔基底上形成柔性基底工艺步骤的剖视图。图8a～8b是图7a的俯视图。图8c是形成于孔基底上盲孔的俯视示意图。.图9a～9c是形成柔性基底纳米孔工艺步骤的剖视图。图10a～10c是形成柔性基底纳米孔工艺步骤的俯视图。图11是柔性基底纳米孔阵列的立体图。图12是柔性基底纳米孔制造方法的流程图。图13是模块化组装纳米孔装置组装剖面示意图。图14a～b是流道开口密封件装配示意图及其剖面结构图图15a～b是模块化组装纳米孔装置剖面示意图及其俯视图。图16a～b是装配结构剖面示意图。图17a～c是在运动蛋白上修饰DNA长链尾的流程示意图。图18是将运动蛋白锚定在金属层的流程示意图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性基底纳米孔结构的制造方法，包括步骤：/n步骤100、形成纳米孔结构；/n步骤200、形成柔性基底的纳米孔结构；/n其特征在于，/n步骤100包括：/n1001、提供衬底，所述衬底是硅晶圆；/n1002、在所述衬底上形成牺牲层，所述牺牲层是含硅化合物；/n1003、在所述牺牲层上形成孔基底层；/n1004、所述孔基底层形成孔基底；/n1005、在所述孔基底上形成纳米孔结构，所述纳米孔结构包括纳米孔腔、纳米孔和光栅，所述光栅由多组光栅槽构成，所述纳米孔腔贯穿所述孔基底，所述纳米孔是所述纳米孔腔的一端开口，所述纳米孔腔呈非线性缩小腔体或线性缩小腔体向所述纳米孔延伸，所述光栅围绕所述纳米孔腔，所述光栅形成于所述孔基底上远离所述纳米孔的面上；/n1006、形成覆盖所述光栅和所述纳米孔腔的孔保护膜，形成覆盖所述光栅和所述纳米孔腔的金属层，以缩小所述纳米孔尺寸至1～100nm；/n所述步骤200包括：/n2001、形成覆盖所述光栅和所述纳米孔腔的孔保护牺牲层；/n2002、形成覆盖所述孔基底的柔性基底；/n2003、在柔性基底上形成若干通孔，以暴露出所述牺牲层；/n2004、通过所述通孔加入氢氟酸缓冲液，以全部刻蚀所述牺牲层；/n2005、去除覆盖所述光栅和所述纳米孔腔的柔性基底和孔保护牺牲层，形成流体腔。/n...

【技术特征摘要】
1.一种柔性基底纳米孔结构的制造方法，包括步骤：
步骤100、形成纳米孔结构；
步骤200、形成柔性基底的纳米孔结构；
其特征在于，
步骤100包括：
1001、提供衬底，所述衬底是硅晶圆；
1002、在所述衬底上形成牺牲层，所述牺牲层是含硅化合物；
1003、在所述牺牲层上形成孔基底层；
1004、所述孔基底层形成孔基底；
1005、在所述孔基底上形成纳米孔结构，所述纳米孔结构包括纳米孔腔、纳米孔和光栅，所述光栅由多组光栅槽构成，所述纳米孔腔贯穿所述孔基底，所述纳米孔是所述纳米孔腔的一端开口，所述纳米孔腔呈非线性缩小腔体或线性缩小腔体向所述纳米孔延伸，所述光栅围绕所述纳米孔腔，所述光栅形成于所述孔基底上远离所述纳米孔的面上；
1006、形成覆盖所述光栅和所述纳米孔腔的孔保护膜，形成覆盖所述光栅和所述纳米孔腔的金属层，以缩小所述纳米孔尺寸至1～100nm；
所述步骤200包括：
2001、形成覆盖所述光栅和所述纳米孔腔的孔保护牺牲层；
2002、形成覆盖所述孔基底的柔性基底；
2003、在柔性基底上形成若干通孔，以暴露出所述牺牲层；
2004、通过所述通孔加入氢氟酸缓冲液，以全部刻蚀所述牺牲层；
2005、去除覆盖所述光栅和所述纳米孔腔的柔性基底和孔保护牺牲层，形成流体腔。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1002中，使用溅射或蒸发工艺形成所述牺牲层，所述牺牲层...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌，胡春瑞，豆传国，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31