[发明专利]纳流控二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米加工技术领域，具体的说，涉及一种纳流控二极管及其制作方法。

背景技术

随科技不断发展，人们已经从微流控领域进入更低尺度的纳流控领域，实现在纳米管道内流体控制，最典型的器件就是纳流控二极管。在生物体中有很多纳米孔道，比如细胞膜上的水通道、离子通道和核孔复合体，它们控制通过其内部的带电粒子来实现细胞的能量转换、细胞膜电位的调控、以及选择性物质转运。人工模拟生物体而制造的纳米管道具有高稳定性、可控的孔径和长度、可调节的表面性质、以及便于嵌入器件和组成阵列等优点。人工制造的纳米通道通常有较高的长宽比和宽高比，一般的分类认为，当有一个维度达到纳米级别时，既可以成为纳米管道。

在纳米管道内，分子、离子等主要受到静电力、范德华力、氢键、Pauli斥力的作用。如果管壁带有电荷，管内部的电解液内将会形成双电层。双电层的厚度与溶液中的离子强度有关，对于单价离子，当浓度从1到10^-5 mol/L^-1，双电层厚度可以从3埃到100纳米。通过控制孔径和离子强度，可以改变管道内由双电层影响的电场分布，从而控制通过管道的带电粒子的种类和数量，实现离子分离、检测、能量转换和存储。还通过纳米管道的不对称化来控制阴阳离子在其内部的传输方向，常用的方法有不对称的表面修饰基团、几何结构、材料表面电荷和金属栅电极等。控制纳米管道内的离子电流不仅可以用来研制高灵敏度的传感器，还可以在电子电流和离子电流间进行转换，更有可能实现电子器件和生命体的信号传递。

有文献报道对纳米管道的两端进行不对称的化学修饰，分别修饰上带有正电荷和负电荷的基团，不同的带电基团影响纳米管道两端的正负离子分布，从而得到纳流控二极管（Nano Letters，2007，547-551）。另有文献报道纳米管道是由两种不同材料连接起来的，两种材料的表面电荷不同，也能够造成内部离子分布不同，得到纳流控二极管（Nano Letters，2009，3820-3825）。但是这些纳流控二极管的制备过程复杂，制作成本高，不利于大批量制造。

发明内容

针对上述提到的现有技术存在的问题，本发明提供了一种纳流控二极管，并且提供了该纳流控二极管的制备方法，本发明提供的纳流控二极管结构简单，制作过程简便、成本低廉、重现性高、可反复使用、高离子强度溶液中整流效果好。

为了实现上述的目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种纳流控二极管，包括纳米管道，所述纳米管道的管壁至少部分是由PDMS材料形成，所述PDMS材料的两端不对称的修饰有带电基团。

优选的，所述纳流控二极管包括不可逆键合形成的PDMS材料层和衬底，所述衬底为玻璃衬底或二氧化硅衬底。

具体的，所述纳米管道凹陷形成于所述衬底上， 所述PDMS材料层覆盖纳米管道的上部开口；或者是，所述纳米管道凹陷形成于所述PDMS材料层上，所述衬底覆盖纳米管道的上部开口。

优选的，所述纳流控二极管包括不可逆键合形成的第一PDMS材料层与第二PDMS材料层；所述纳米管道凹陷形成于第一PDMS材料层上，所述第二PDMS材料层覆盖纳米管道的上部开口。

具体的，前述带电基团选自水合肼、甲胺水溶液、乙胺水溶液、二异丙基胺水溶液和三乙胺乙醇溶剂中的任意一种或多种。

本发明提供了一种前述的纳流控二极管的制备方法，它包括以下的步骤：

（a）制作具有纳米管道结构的衬底；

（b）制作PDMS材料层；

（c）将所述PDMS材料层与衬底进行不可逆键合；

（d）在纳米管道的PDMS材料的两端不对称的修饰带电基团，得到纳流控二极管。

本发明提供了另一种前述的纳流控二极管的制备方法，它包括以下的步骤：

（a）制作具有纳米管道结构的PDMS材料层；

（b）将所述PDMS材料层与衬底进行不可逆键合；

（c）在纳米管道的PDMS材料的两端不对称的修饰带电基团，得到纳流控二极管。

具体的，前述的制作具有纳米管道结构的PDMS材料层的步骤具体为：

首先，制作具有纳米管道结构的衬底；

然后，在具有纳米管道结构的衬底上形成具有与纳米管道反结构的PDMS材料并将其剥离；

最后，在具有与纳米管道反结构的PDMS材料上形成具有纳米管道的PDMS材料层。

本发明提供了又一种前述的纳流控二极管的制备方法，它包括以下的步骤：