[发明专利]一种适用于液态环境的纳米结构筛选层及工艺及检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米结构筛选层，该筛选层可用于液态环境检测纳米级聚合物，如DNA、RNA，还涉及该筛选层的制作工艺，及使用该筛选层的检测系统。

背景技术

纳米孔技术，为直径只有几个纳米的小孔，可以应用于DNA测序技术。纳米孔在自支撑的绝缘体中，它可以将盐溶液(KCl或NaCl)分成两个部分，溶液仅仅可以从纳米孔中通过。在外电场作用下，带电的聚合物(DNA、RNA、多肽等)，就可以通过纳米孔。通过检测纳米孔离子电流的变化，就可以检测到目标分子。

当前，固体纳米孔通常都是由绝缘体薄膜形成，比如：氮化硅，二氧化硅以及石墨烯等。从我们的实验结果中，我们观察到纳米孔的孔径在碱性盐溶液中不稳定，随着时间的变化而逐渐变大。

发明内容

鉴于以上所述现有技术纳米孔在碱性盐溶液中不稳定，随着时间的变化而逐渐变大的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于碱性盐溶液，乃至其他液态环境的纳米结构筛选层，及其制作工艺。

本发明提供一种适用于液态环境的纳米结构筛选层，筛选层上设有纳米孔，筛选层包括二硫化钼薄膜，二硫化钼薄膜附在绝缘柔性衬底上，筛选层的上下表面还设有电绝缘薄膜。根据实验结果，观察到纳米孔的孔径在碱性盐溶液中不稳定，随着时间的变化而逐渐变大。采用绝缘柔性衬底，其柔性特征更适用于液体环境中。单层二硫化钼薄膜具有非常高的曲率半径，高导电性，快速光电响应，较小的表面粗糙度和良好的生物兼容性等特性，用于柔性基底的生物传感器探测。同时，二硫化钼单层薄膜的表面可以很容易地进行化学功能化修饰，在气体或溶液环境下，可以对于目标分子进行特异性检测。制作基于单层二硫化钼薄膜柔性基体的纳米孔系统来进行带电聚合物的检测，大面积多孔保证测试的连续性和准确性。其中电绝缘薄膜的作用为绝缘层，由于筛选层会在电场水溶液中工作，作为测试时候的电流阻断层。

作为优选，筛选层由上至下依次设有第二电绝缘薄膜、第一高介电常数电绝缘薄膜、第一电绝缘薄膜、绝缘柔性衬底、二硫化钼薄膜、第二高介电常数电绝缘薄膜、第三电绝缘薄膜。

作为优选，绝缘柔性衬底为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。柔性基体选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)，因为其具有无毒、疏水性、非易燃性、透光性良好、生物相容性佳、易与多种材质室温接合以及因为低杨氏模量导致的结构高弹性且成本低。

本发明还提供了一种用于制造上述纳米结构筛选层的工艺，

在绝缘柔性衬底的表面通过化学气相沉积的方法生长，经过物理转移法得到单层二硫化钼薄膜，绝缘柔性衬底的表面通过旋涂法设有第一电绝缘薄膜；由旋涂法制作，可以更加简单的控制第一电绝缘薄膜的厚度。

再在二硫化钼薄膜和第一电绝缘薄膜的外表面通过原子层外延法设有第一、第二高介电常数电绝缘薄膜；通过原子层外延法保证薄膜的连续性，厚度为几十个纳米，通过第一、第二高介电常数电绝缘薄膜连接电路，施加偏压，可以对其施加高电压，得到低电流。

在两高介电常数电绝缘薄膜的外侧表面通过旋涂法分别设有第二、第三电绝缘薄膜；第二、第三电绝缘薄膜选取氮化硅材料，由旋涂法制作，控制第二、三电绝缘薄膜的厚度在几十个纳米之内。

通过光学光刻或反应离子束刻蚀在第三电绝缘薄膜、第二高介电常数电绝缘薄膜和绝缘柔性衬底上形成背面窗口；通过光学光刻或反应离子束刻蚀更加精确的控制加工尺寸。

通过光学光刻或反应离子束刻蚀在第三电绝缘薄膜上形成开口；开口为几十个平方微米，开口允许待测液体缓慢通过纳米小孔。

穿过背面窗口，通过湿法或干法刻蚀绝缘柔性衬底形成第一通道，第一通道止于第一电绝缘薄膜；

穿过开口，通过湿法或干法刻蚀第一高介电常数电绝缘薄膜形成第二通道；

穿过第二通道，通过氧基的反应离子刻蚀第一电绝缘薄膜形成第三通道；第三通道为关键测试部件，允许测试对象单个通过，精确控制小孔尺寸2nm。

从开口至第二通道、第三通道、第一通道、背面窗口连通形成纳米孔。微流体通过纳米小孔之后可以快速扩散。

本发明还提供了一种纳米孔检测系统，包括上述纳米结构筛选层，还包括检测结构，所述检测结构包括电极、电源、开关和电流反馈装置，筛选层的纳米孔的两侧均设有电极，两电极之间外接电源、开关和电流反馈装置，电极使得溶液中的聚合物带电，并在电场作用下通过纳米孔，通过纳米孔的聚合物与同侧电极接触，使得电流反馈装置得到电流信号。

附图说明

图1显示为本发明实施例1的纳米结构筛选层的结构示意图。

图2显示为本发明实施例2的纳米结构筛选层的制作过程示意图。