一种亚纳米厚度的纳米孔传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种亚纳米厚度的纳米孔传感器。第二电泳电极或微泵、第二储藏室、第二微纳米分离通道、基板、第一绝缘层、亚纳米功能层、第一微纳米分离通道、第一储藏室、第一电泳电极或微泵顺次放置，亚纳米功能层的中心设有纳米孔，第一绝缘层的中心设有第一绝缘层开孔，基板的中心设有基板开口，第一微纳米分离通道中部设有测量离子电流的第一电极，第二微纳米分离通道的中部设有测量离子电流的第二电极。本发明专利技术解决了将亚纳米功能层集成于纳米孔的技术难点，其制备亚纳米功能层的方法简单；解决了DNA或RNA碱基穿越纳米孔时由于碱基可能存在的不同取向而导致对碱基与亚纳米功能层的相互作用的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器，尤其涉及一种亚纳米厚度的纳米孔传感器。
技术介绍
纳米孔(nanopore)能够在单分子分辨水平探测及表征生物分子如DNA，RNA 及聚肽，潜在的基于纳米孔的单分子基因测序技术不需要荧光标记物，不需要PCR反 应，有望能直接并快速“读”出DNA或RNA的碱基序列；该测序技术有望大大降低测序 成本，实现个性化医疗。基于纳米孔的单分子基因测序技术主要有三种检测方法离 子封锁电、流(Strand-sequencing using ionic current blockage)，横向电子电、流 (Strand-sequencing using transverse electron currents)，光学 /使用单层 或多层石墨烯的薄膜(单层石墨烯的厚度为0. 335nm)制作纳米孔离子封锁电流传感器，但 是由于石墨烯蜂窝状的特征，由石墨烯薄膜制备的纳米孔传感器的漏电流很大，噪音很大， 并且石墨烯薄膜的表面能够吸附电解质中的化学物质从而影响测序。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提出一种亚纳米厚度的纳米孔传感器。亚纳米厚度的纳米孔传感器包括基板、第一绝缘层、亚纳米功能层、亚纳米功能层 的纳米孔、第一微纳米分离通道、第二微纳米分离通道、测量离子电流的第一电极、测量离 子电流的第二电极、第一储藏室、第二储藏室、第一电泳电极、第二电泳电极、基板开口、第 一绝缘层开孔；第二电泳电极或微泵、第二储藏室、第二微纳米分离通道、基板、第一绝缘 层、亚纳米功能层、第一微纳米分离通道、第一储藏室、第一电泳电极或微泵顺次放置，亚纳 米功能层的中心设有纳米孔，第一绝缘层的中心设有第一绝缘层开孔，基板的中心设有基 板开口，第一微纳米分离通道中部设有测量离子电流的第一电极，第二微纳米分离通道的 中部设有测量离子电流的第二电极。所述的亚纳米功能层上设有第二绝缘层，第二绝缘层的中心设有第二绝缘层开 孔。所述的第一绝缘层开孔的孔径、第二绝缘层开孔的孔径大于亚纳米功能层的纳米孔的 孔径。所述的基板开口、亚纳米功能层的纳米孔、第一绝缘层开孔、以及第二绝缘层开孔的 中心处于同一中心轴上，基板开口、第一绝缘层开孔、第二绝缘层开孔的形状是圆形、椭圆 或多边形。所述的亚纳米功能层的材料为层状绝缘材料，层状绝缘材料为氮化硼、氧化石墨烯或氢化石墨烯，所述的亚纳米功能层的厚度为0. 2 5nm。所述的亚纳米功能层的纳米孔 为圆孔，纳米孔的孔径为1 lOOnm。所述的亚纳米功能层的纳米孔为多边形孔或者椭圆 孔，多边形孔或者椭圆孔孔周围两点之间的最大距离为1 lOOnm。所述的基板的材料为 半导体材料或绝缘材料，半导体材料为Si、GaN、Ge或GaAs中的一种或多种的混合物，绝缘 材料为SiC、Al203、SiNx、Si02、Hf02、聚乙烯醇、聚乙烯基苯酚)、二乙烯基四甲基二硅氧 烷-二(苯并环丁烯)或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种的混合物。所述的第一绝缘层 和第二绝缘层的材料为Si02、Al203、BN、SiC、SiNx、聚乙烯醇、聚乙烯基苯酚)、二乙烯基 四甲基二硅氧烷-二(苯并环丁烯)或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种的混合物。本专利技术的亚纳米功能层的厚度可以控制在0. 2 Inm之间，达到检测单链DNA或 RNA中的单个碱基的分辨率要求，从而适于便宜、快速基因电子测序。本专利技术的纳米孔传感 器解决了于亚纳米功能层中制备纳米孔而获得单碱基的分辨率的技术难点，其制备亚纳米 功能层的方法简单。本专利技术的亚纳米功能层具有非常好的热稳定性、化学稳定性以及反应 惰性。本专利技术将纳米孔集成于微纳米流体器件，能够控制DNA或RNA穿越纳米孔时的速度。 亚纳米功能层夹嵌于两绝缘层之间，可以避免污染及不必要的环境影响，这样的亚纳米功 能层结构牢固；但在亚纳米功能层的纳米孔周围，第一绝缘层与第二绝缘层不覆盖亚纳米 功能层，这样只有亚纳米功能层与碱基发生相互作用，从而达到单碱基的分辨率。纳米孔周 边为整片的亚纳米功能层的形状解决了 DNA或RNA碱基穿越纳米孔时由于碱基可能存在的 不同取向而导致对碱基与亚纳米功能层的相互作用的影响。附图说明图1为亚纳米厚度的纳米孔传感器的结构示意图；图2(a)为本专利技术的氮化硼膜的扫描电子显微镜形状图；图2(b)为本专利技术的氮化硼薄膜的俄歇电子谱图；图3为本专利技术的亚纳米氮化硼层的纳米孔的制备流程示意图；其中氮化硼由化学 气相法制备后转移到第一绝缘层上；图4为本专利技术的氮化硼纳米孔的透射电子显微镜形状图；图5为本专利技术的亚纳米氢化石墨烯的纳米孔的制备流程示意图；其中氢化石墨烯 是由化学气相法制备石墨烯后经过氢化反应而得到；图6为本专利技术的亚纳米氧化石墨烯的纳米孔的制备流程示意图；其中氧化石墨烯 是由化学方法制备；图中，基板1、第一绝缘层2、亚纳米功能层3、亚纳米功能层的纳米孔5、第二绝缘 层6、第一微纳米分离通道7、第二微纳米分离通道8、测量离子电流的第一电极9、测量离子 电流的第二电极10、第一储藏室11、第二储藏室12、第一电泳电极13、第二电泳电极14、DNA 分子15、基板开口 16、第一绝缘层开孔17、第二绝缘层开孔18。具体实施例方式如图1所示，亚纳米厚度的纳米孔传感器包括基板1、第一绝缘层2、亚纳米功能层 3、亚纳米功能层的纳米孔5、第一微纳米分离通道7、第二微纳米分离通道8、测量离子电流 的第一电极9、测量离子电流的第二电极10、第一储藏室11、第二储藏室12、第一电泳电极13、第二电泳电极14、基板开口 16、第一绝缘层开孔17、第二绝缘层开孔18 ；第二电泳电极 或微泵14、第二储藏室12、第二微纳米分离通道8、基板1、第一绝缘层2、亚纳米功能层3、 第一微纳米分离通道7、第一储藏室11、第一电泳电极或微泵13顺次放置，亚纳米功能层3 的中心设有纳米孔5，第一绝缘层2的中心设有第一绝缘层开孔17，基板1的中心设有基板 开口 16，第一微纳米分离通道7中部设有测量离子电流的第一电极9，第二微纳米分离通道 8的中部设有测量离子电流的第二电极10。所述的在亚纳米功能层3上设有第二绝缘层6，第二绝缘层6的中心设有第二绝缘 层开孔18。所述的第一绝缘层开孔17的孔径、第二绝缘层开孔18的孔径大于亚纳米功能层 的纳米孔5的孔径。所述的基板开口 16、亚纳米功能层的纳米孔5、第一绝缘层开孔17、以及第二绝缘 层开孔18的中心处于同一中心轴上，基板开口 16、第一绝缘层开孔17、第二绝缘层开孔18 的形状是圆形、多边形、椭圆或正方形。所述的亚纳米功能层3的材料为层状绝缘材料，层状绝缘材料为氮化硼、氧化石 墨烯或氢化石墨烯，作为优选，所述的亚纳米功能层的厚度为0. 2 5nm，最优厚度为0. 2 Inm0作为优选，所述的氮化硼为1 10层的氮化硼薄膜，这样其厚度在0. 3 3. 5nm 范围之内；氮化硼薄膜的最优厚度为0. 3 lnm。作为另外的优选，所述的氧化石墨烯为1 10层的绝缘氧化石墨烯薄膜，其厚度 为0. 5 5nm ；氧化石墨烯薄膜的最优厚度为0. 3 2nm。作为另外的优选，所述的氢化石墨烯为由石墨烯薄膜与氢进行反应，从而使石墨 烯的SP2键转化为C-H Sp3键，其厚度为0. 3 3. 5nm ；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亚纳米厚度的纳米孔传感器，其特征在于包括基板（１）、第一绝缘层（２）、亚纳米功能层（３）、亚纳米功能层的纳米孔（５）、第一微纳米分离通道（７）、第二微纳米分离通道（８）、测量离子电流的第一电极（９）、测量离子电流的第二电极（１０）、第一储藏室（１１）、第二储藏室（１２）、第一电泳电极（１３）、第二电泳电极（１４）、基板开口（１６）、第一绝缘层开孔（１７）、第二绝缘层开孔（１８）；第二电泳电极或微泵（１４）、第二储藏室（１２）、第二微纳米分离通道（８）、基板（１）、第一绝缘层（２）、亚纳米功能层（３）、第一微纳米分离通道（７）、第一储藏室（１１）、第一电泳电极或微泵（１３）顺次放置，亚纳米功能层（３）的中心设有纳米孔（５），第一绝缘层（２）的中心设有第一绝缘层开孔（１７），基板（１）的中心设有基板开口（１６），第一微纳米分离通道（７）中部设有测量离子电流的第一电极（９），第二微纳米分离通道（８）的中部设有测量离子电流的第二电极（１０）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明生，陈红征，吴刚，施敏敏，汪茫，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86