微-纳流控芯片的二维纳米通道的制备方法技术

一种微－纳流控芯片的二维纳米通道的制备方法，将纳米线放置载玻片上作为模板；通过热压法，将纳米线嵌入热塑性聚合物基片的上表面；用刻蚀剂将嵌入聚合物基片中的纳米线溶解后，在聚合物基片表面形成二维纳米通道；将形成二维纳米通道的聚合物基片与盖片封合，形成密封的二维纳米通道。可用于制备具有二维纳米通道的微－纳流控芯片，本发明专利技术制备二维纳米通道工艺简单，不需要昂贵的加工设备，成本低廉，加工速度快。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微一纳流控芯片的加工方法，特别是涉及微一纳流控芯片的二维纳米通道的 制备方法。技术背景随着微细加工技术的进步，微流控芯片技术正朝着微-纳流控(micro-and nanofluidic) 方向发展。由于微一纳流控芯片在单分子分析，生物技术以及生物传感器方面具有显著的优 势和巨大的潜在应用，微一纳流控芯片技术已经吸引了化学，物理以及生物研究工作者的广 泛兴趣。加工纳米通道是集成微一纳流控芯片的关键，用于集成微一纳流控芯片的纳米通道可分 为一维纳米通道(宽度微米级，深度纳米级)、二维纳米通道(宽度纳米级，深度纳米级) 和纳滤膜三种。 一维纳米通道可采用普通光刻技术制得。由于一维纳米通道的宽深比大，芯 片在封接时容易产生通道塌陷。纳滤膜已经商品化，可被封接在两片加工有微米通道的基片 之间，集成微一纳流控芯片。这两种纳米通道集成的微一纳流控芯片多用于生物大分子和离 子的富集研究。由于一维纳米通道的宽度通常在几微米到数十微米之间，它在研究DNA分子 拉伸，单分子之间相互作用等方面受到了很大限制。二维纳米通道主要用于DNA拉伸以及单 分子间相互作用的研究，加工方法可分为光刻法和非光刻法两类。光刻法包括电子束光刻 (Electron Beam Lithography)、聚焦离子束光亥U (Focused-ion Beam Lithography )、 纳米压印光刻(Nanoimprint Lithography)等。非光刻法包括(1)化学蒸气沉积后延生 长法制备硅纳米线模板，利用多步氧化刻蚀制备纳米管阵列，该法制备的纳米管长度只有8 微米，并且集成微一纳流控芯片难度较大；(2)电纺法制备可热分解的聚合物纳米线，然后 用热稳定物质包裹此纳米线，通过加热使纳米线热分解，获得纳米通道。该法制备的纳米通 道较长，但是所需材料特殊不易获得。上述二维纳米通道的加工方法均需昂贵的设备，复杂 的加工过程和高昂的加工费用，限制了微一纳流控芯片技术的发展，因此研究一种加工简便，成本低廉的微流控芯片的二维纳米通道的制备方法，对于微一纳流控芯片技术和单分子研究的发展都具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是建立一套简便快速，成本低廉的微一纳流控芯片的二维纳米通道的制备 方法，克服目前二维纳米通道加工设备昂贵，加工过程复杂和加工费用高昂的问题。本专利技术提供的微一纳流控芯片的二维纳米通道的制备方法，是将纳米线放置载玻片上作 为模板；通过热压法，将纳米线嵌入热塑性聚合物基片的上表面；用刻蚀剂将嵌入聚合物基 片中的纳米线溶解后,在聚合物基片表面形成二维纳米通道；将形成二维纳米通道的聚合物基 片与盖片封合，形成密封的二维纳米通道。本专利技术将加工有微米通道的盖片与上述加工有二维纳米通道的基片相封接，使二维纳米 通道与微米通道相连，可得到集成的微一纳流控芯片。本专利技术的所用的纳米线通过热拉伸法制得，直径在20-900纳米之间，长度可控制在5微 米到4厘米之间。纳米线可放置为直线形，弧形或阵列形用于压制不同形状的纳米通道。本专利技术的二维纳米通道的宽度在20-900纳米之间，长度在5微米到4厘米之间，形状可 为直线形，阵列形，弧形或相互交叉。本专利技术热压法制备二维纳米通道的具体步骤是*用热拉伸法制备纳米线；*将一块洁净平整的聚合物基片盖在纳米线和载玻片上；*将聚合物基片，纳米线和载玻片放入热压机中热压，使纳米线嵌入聚合物基片； *将载玻片和聚合物基片剥离，用刻蚀剂溶解纳米线，露出纳米通道； *去除了纳米线的聚合物基片与另一盖片封合，形成二维纳米通道。 本专利技术中的基片与盖片可为聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等热塑性聚合物，聚合物盖片和聚合物基片可以是相同的聚合物材料,也可以是不同的聚合物材料。本专利技术所述的制备二维纳米通道的具体步骤可对同一基片重复使用，加工相对复杂的纳米通道结构。本专利技术所述所述的封接方法可为热压法封接或聚二甲基硅氧烷基片可逆封接。在本专利技术中，由于热拉伸法制作的纳米线表面光滑，硬度大，熔点高，可以作为热压法 加工纳米通道的模板，避免了昂贵光刻设备的使用。热压法制备二维纳米通道和集成微一纳 流控芯片加工过程简单，成本低廉，整个加工过程可在2个小时内完成。此外，通过对纳米 线进行操纵或改变微米通道构形，可制备多种复杂构形的二维纳米通道和微一纳流控芯片。与 现有二维纳米通道加工技术相比，本专利技术具有工艺简单，可在普通实验室条件下进行，不需 要昂贵的加工设备，成本低廉,加工速度快等特点。 附图说明图l制备二维纳米通道示意2微一纳流控芯片示意中l一聚合物基片，2 —纳米线，3 —载玻片，4一二维纳米通道，5 —盖片，6 —微米 通道，7 —密封的二维纳米通道，8 —储液池。具体实施方式实施例1热拉伸法制作的纳米线以二氧化硅光纤为原料，在酒精灯上加热,通过调节二氧化硅光纤离火焰的距离来调节加热部分的温度，边加热边拉伸，根据要求制得直径在20-900纳米之 间，长度在5微米到4厘米之间的纳米线。热压法制备二维纳米通道步骤见图l。首先将一块洁净平整的聚合物基片1盖在二氧化硅纳米线2和载玻片上3 (图la);将热压机的温度升到聚合物的玻璃态温度，施加压力， 进行热压，使二氧化硅纳米线2嵌入聚合物基片1中(图lb)，保持压力一段时间，同时降 低热压温度；待热压机温度降至5(TC时，将载玻片3和聚合物基片1从热压机中取出，使之 分离，聚合物基片l用氢氟酸溶解二氧化硅纳米线，聚合物基片1露出二维纳米通道4 (图 lc)。用聚合物盖片5与聚合物基片1封合后，形成密封的二维纳米通道7 (图ld)。 实施例2根据实施例l提供更具体的一个优化实例。将一根长4mm，直径100nm的二氧化硅纳米 线2放置在载玻片3中心位置，将一块长3cm，宽2cm，厚0. 5mra的聚碳酸酯基片1放置在纳 米线2和载玻片3上；将它们放入热压机中，热压机下加热块升温至155°C，上加热块升温 至140'C,施加1.2MPa压力，并保持l分钟，然后在5分钟内将加热块温度降至5(TC，取出 聚碳酸酯基片1和载玻片3，此时，纳米线2已经嵌入聚碳酸酯基片1中。剥离聚碳酸酯基 片1和载玻片3，用氢氟酸溶解二氧化硅纳米线3，露出二维纳米通道4;在聚二甲基硅氧烷 盖片5上加工微米通道6。将去除了纳米线的聚碳酸酯基片1与加工微米通道6的聚二甲基 硅氧烷盖片5封合，形成密封的二维纳米通道7, 二维纳米通道7与微米通道6相连，得到 集成的微一纳流控芯片。本实例加工的二维纳米通道侧壁光滑，封接后没有塌陷和溶液泄漏 处。实施例3根据实施例2提供制作十字交叉纳米通道的实例。使用实施例2的热压方法，首先将一 根直径700nm的二氧化硅纳米线压入聚碳酸酯基片，用氢氟酸去除纳米线后，在聚碳酸酯基 片上得到宽度和深度均为700nm的纳米通道，再将一根直径700ran的纳米线与此通道垂直放 置，进行第二次热压，去除纳米线后与聚二甲基硅氧垸基片封接，形成十字形二维纳米通道， 本实例可进一步拓展，用于加工纳米通道相互交叉的复杂通道构形。实施例4根据实施例1和实施例2提供一个加工微一纳流控芯片实例，此微纳流控芯片可以用于 DNA分子拉伸等单分子研究。采用实施例2的热压参数在聚碳酸酯基片上压制一条宽337n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微－纳流控芯片的二维纳米通道的制备方法，其特征是将纳米线放置载玻片上作为模板；通过热压法，将纳米线嵌入热塑性聚合物基片的上表面；用刻蚀剂将嵌入聚合物基片中的纳米线溶解后，在聚合物基片表面形成二维纳米通道；将形成二维纳米通道的聚合物基片与盖片封合，形成密封的二维纳米通道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，殷学锋，童利民，谷付星，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]