[发明专利]基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件

说明书

技术领域

本发明涉及纳流体二极管器件技术领域，尤其涉及一种基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件。

背景技术

生命体中的细胞通过膜蛋白离子通道的开启与关闭调节相应物质的进出，从而维持细胞的动态平衡及新陈代谢。最近，人工纳米通道体现出与膜蛋白离子通道相似的离子整流特性，即所述人工纳米通道允许通过的离子能优先在一个方向上流动，具有所述离子整流特性的人工纳米通道就这好比微电子集成电路中的“二极管”。而基于人工纳米通道中的纳流体二极管器件在生物传感、药物运输和释放、能量转换等方面具有潜在的应用价值。

构成纳流体二极管器件的人工纳米通道需要具备物理结构或化学结构上的非对称性，并且所述人工纳米通道还需要拥有过剩的表面电荷。以a-溶血素为代表的生物膜作为人工纳米通道，在模拟生物体内环境的条件下所述a-溶血素能够形成液态双层的离子通道结构，但由于所述a-溶血素为脂质膜，其稳定性较差，因此，在应用方面受到一定限制。以有机聚合物膜作为人工纳米通道，其中，涉及较多的有机聚合物膜包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜和聚碳酸酯膜，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜和聚碳酸酯膜可以采用高能离子轰击和化学刻蚀两步法制备，通过控制化学刻蚀的条件，能够得到锥形、双锥形或梭形孔的离子通道膜；但是，这种制备方法是基于高能重离子对PET膜和聚碳酸酯膜的辐照实现的，其制备方法复杂、PET膜和聚碳酸酯膜各自的孔与孔之间容易发生交错，而且将所述有机聚合物膜作为人工纳米通道时，其机械强度低，且基于有机聚合物膜的纳流体二极管器件其重复性及稳定性也较差。另外，用PET膜作模板采用无电沉积法制备的贵金属纳米通道也存在一定的应用限制。

氧化铝纳米通道薄膜可以采用绿色、环保的电化学方法制备而成，通过所述电化学方法制得的氧化铝纳米通道薄膜能够有大面积孔径均匀、规整阵列的纳米通道结构；而且氧化铝具有较高的稳定性以及生物兼容性等优点。但是，将氧化铝纳米通道薄膜作为人工纳米通道，且发展基于分支型氧化铝纳米通道的纳流体二极管器件仍然是一个挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，能实现类似二极管的离子整流特性、离子的选择性通过及门控特性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，包括：分支型氧化铝纳米通道薄膜和中间连通的双电化学电池槽，其中，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜位于双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离。

这里，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜为二分支、三分支或四分支型氧化铝纳米通道薄膜；

所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的厚度为30-80μm；

所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径为40-100nm；

所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径为10-65nm；

所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的长度为10-60μm；

其中，所述基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件还包括：第一电化学电极、第二电化学电极、第一电解质溶液槽、第二电解质溶液槽和控制电路，其中，所述第一电化学电极、第二电化学电极分别通过所述双电化学电池槽上端的圆形通孔插入到所述双电化学电池槽中的第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中，所述控制电路连接第一电化学电极和第二电化学电极。

这里，所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的pH值均为：5.6-9.5。

所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液均为在强酸性或强碱性的溶液中性能稳定的盐溶液；

所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的浓度均为：0.1mmol/L至0.1mol/L。

本发明所提供的，具有以下的优点和特点：

本发明将分支型氧化铝纳米通道薄膜作为人工纳米通道，成功制造出基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，能实现类似二极管的离子整流特性、离子的选择性通过及门控特性；