基于电致发光材料的纳米孔阵列结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于电致发光材料的纳米孔阵列结构及其制备方法，该结构包括：电介质膜、若干个第一金属极化电极及若干个第二金属极化电极；电介质膜中形成有贯穿其的若干个纳米孔，每个纳米孔的周侧对称设置有电致发光材料层；若干个第一、第二金属极化电极分别设置于电介质膜的正反两面，且一个第一金属极化电极及一个第二金属极化电极对应设置于一个纳米孔两端的周侧，同时第一金属极化电极及第二金属极化电极设置于电致发光材料层所在区域的上方和下方。通过使用电致发光材料层以及与纳米孔和第一、第二金属极化电极配合实现对测序单链的识别和测序，替代了现有的离子电流的检测方式，不需要放大电路，可有效降低成本，提高芯片面积的利用率，增加纳米孔的密度。增加纳米孔的密度。增加纳米孔的密度。

【技术实现步骤摘要】
基于电致发光材料的纳米孔阵列结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于微纳医疗检测应用
，特别是涉及一种基于电致发光材料的纳米孔阵列结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]人类基因的碱基序列蕴含着个体生老病死的全部遗传信息。通过基因测序技术实现人类遗传密码的精准破译是21世纪生命科学的重点研究方向之一。作为第三代测序技术的主要方法之一，纳米孔测序技术具有高通量、低成本、免标记、无需扩征、读取长度长等特点，被认为是最有希望实现低成本的下一代人类基因检测技术。
[0003]离子电流形式的纳米孔测序基本原理是：两个电解液室被绝缘膜分隔开，形成顺式和反式隔室，绝缘膜上只有一个纳米级的孔连通两腔室。当向电解液室施加电压时，溶液中的电解质离子通过电泳移动并穿过纳米孔，形成稳态离子电流，当尺寸略小于孔径的颗粒穿过孔时，流过纳米孔的电流将被阻塞，从而中断电流信号，随后恢复原有信号。将带电生物分子(离子、DNA、RNA、肽、蛋白质、药物、聚合物大分子等)样品添加到一个电解液隔室中会导致生物分子从纳米孔中进入和离开，这会在离子电流信号中产生一系列阻塞电流信号，这些阻塞电流幅度和持续时间传达了样品的许多特性，包括生物分子的大小、浓度和结构。
[0004]采用离子电流形式测序，离子电流的强度太弱，一般为百皮安量级，需要特定的放大电路，如专用集成电路ASIC，来实现微弱离子电流的检测；ASIC电路的制备大大增加了纳米孔测序芯片的成本；另外ASIC电路在芯片上的占用面积不能无限缩小，从而限制了纳米孔的密度。
专利
技术实现思路

[0005]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一种基于电致发光材料的纳米孔阵列结构及其制备方法，用于解决现有技术中采用离子电流形式的纳米孔测序技术，芯片制备成本高且纳米孔的密度受限等的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于电致发光材料的纳米孔阵列结构，所述纳米孔阵列结构包括：电介质膜、若干个第一金属极化电极及若干个第二金属极化电极；
[0007]所述电介质膜中形成有贯穿所述电介质膜的若干个纳米孔，每个所述纳米孔的周侧对称设置有电致发光材料层；
[0008]若干个所述第一金属极化电极及若干个第二金属极化电极分别设置于所述电介质膜的正反两面，且一个所述第一金属极化电极及一个所述第二金属极化电极对应设置于一个所述纳米孔两端的周侧，同时所述第一金属极化电极及所述第二金属极化电极设置于所述电致发光材料层所在区域的上方和下方。
[0009]可选地，所述纳米孔的形状为柱状、倒锥状、台阶状或双倒锥状。
[0010]可选地，所述电致发光材料层设置于所述纳米孔的周侧呈连续状或非连续状。
[0011]可选地，所述第一金属极化电极及所述第二金属极化电极呈连续状或非连续状。
[0012]可选地，所述电介质膜的材料为SiO2、Si或SiN，厚度介于1nm～500nm之间。
[0013]可选地，所述第一金属极化电极的厚度介于1nm～500nm之间，所述第二金属极化电极的厚度介于1nm～500nm之间。
[0014]可选地，所述第一金属极化电极的材料为Au、Cu、Al、TiN或Pt，所述第二金属极化电极的材料为Au、Cu、Al、TiN或Pt。
[0015]可选地，所述电致发光材料层的材料为无机薄膜材料、三五族半导体材料或有机半导体材料。
[0016]可选地，所述无机薄膜材料为ZnS：Mn、ZnS：Cu、ZnS：Ag或含有硼掺杂的天然蓝宝石材料；所述三五族半导体材料为磷化铟、砷化镓或氮化镓；所述有机半导体材料为钌复合物。
[0017]可选地，所述纳米孔的尺寸介于0.1nm～100nm之间。
[0018]本专利技术还提供一种上述基于电致发光材料的纳米孔阵列结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0019]提供电介质膜，并通过光刻及刻蚀工艺，于所述电介质膜中形成若干个空腔；
[0020]于若干个所述空腔中填充满电致发光材料；
[0021]以若干个所述空腔的中心为刻蚀中心，刻蚀所述电致发光材料，或刻蚀所述电致发光材料及所述电介质膜，形成贯穿所述电介质膜的若干个纳米孔，剩余的所述电致发光材料成为电致发光材料层；
[0022]于所述电介质膜的正反两面分别沉积第一金属极化电极层及第二金属极化电极层，并刻蚀形成若干个第一金属极化电极及若干个第二金属极化电极，一个所述第一金属极化电极及一个所述第二金属极化电极对应形成于一个所述纳米孔两端的周侧，同时所述第一金属极化电极及所述第二金属极化电极设置于所述电致发光材料层所在区域的上方和下方。
[0023]可选地，所述空腔贯穿所述电介质膜或刻蚀至所述电介质膜的预设深度。
[0024]可选地，所述空腔为沿周向的连续腔或沿周向呈中心对称方式分布的非连续腔。
[0025]可选地，采用RIE法刻蚀形成所述纳米孔。
[0026]如上所述，本专利技术的基于电致发光材料的纳米孔阵列结构及其制备方法，通过使用电致发光材料层以及与纳米孔和第一、第二金属极化电极配合实现对测序单链的识别和测序，替代了现有的离子电流的检测方式，不需要ASIC类的放大电路，可有效降低成本，提高芯片面积的利用率，增加纳米孔的密度。
附图说明
[0027]图1显示为本专利技术的基于电致发光材料的纳米孔阵列结构及其制备方法的流程示意图。
[0028]图2至图13显示为本专利技术的基于电致发光材料的纳米孔阵列结构制备过程中各步骤所呈现的结构示意图，其中，图13还显示为本专利技术的基于电致发光材料的纳米孔阵列结构的结构示意图。
[0029]图14显示为本专利技术的基于电致发光材料的纳米孔阵列结构的工作原理图。
[0030]元件标号说明
[0031]10
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电介质膜
[0032]101
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空腔
[0033]102
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电致发光材料
[0034]103
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纳米孔
[0035]104
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电致发光材料层
[0036]11
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第一金属极化电极层
[0037]111
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第一金属极化电极
[0038]12
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第二金属极化电极层
[0039]121
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第二金属极化电极
[0040]13
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测序单链
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电致发光材料的纳米孔阵列结构，其特征在于，所述纳米孔阵列结构包括：电介质膜、若干个第一金属极化电极及若干个第二金属极化电极；所述电介质膜中形成有贯穿所述电介质膜的若干个纳米孔，每个所述纳米孔的周侧对称设置有电致发光材料层；若干个所述第一金属极化电极及若干个第二金属极化电极分别设置于所述电介质膜的正反两面，且一个所述第一金属极化电极及一个所述第二金属极化电极对应设置于一个所述纳米孔两端的周侧，同时所述第一金属极化电极及所述第二金属极化电极设置于所述电致发光材料层所在区域的上方和下方。2.根据权利要求1所述的基于电致发光材料的纳米孔阵列结构，其特征在于：所述纳米孔的形状为柱状、倒锥状、台阶状或双倒锥状。3.根据权利要求1所述的基于电致发光材料的纳米孔阵列结构，其特征在于：所述电致发光材料层设置于所述纳米孔的周侧呈连续状或非连续状。4.根据权利要求3所述的基于电致发光材料的纳米孔阵列结构，其特征在于：所述第一金属极化电极及所述第二金属极化电极呈连续状或非连续状。5.根据权利要求1所述的基于电致发光材料的纳米孔阵列结构，其特征在于：所述电介质膜的材料为SiO2、Si或SiN，厚度介于1nm～500nm之间。6.根据权利要求1所述的基于电致发光材料的纳米孔阵列结构，其特征在于：所述第一金属极化电极的厚度介于1nm～500nm之间，所述第二金属极化电极的厚度介于1nm～500nm之间。7.根据权利要求1所述的基于电致发光材料的纳米孔阵列结构，其特征在于：所述第一金属极化电极的材料为Au、Cu、Al、TiN或Pt，所述第二金属极化电极的材料为Au、Cu、Al、TiN或Pt。8.根据权利要求1所述的基于电致发光材料的纳米孔阵列结构，其特征在于：所述电致发光材料层的材料为无机薄膜材料、三五族半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海近观科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：