[发明专利]基于激光和压强调制的固态纳米孔穿孔控制方法

权利要求书

1.一种基于激光和压强调制的固态纳米孔穿孔控制方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)进行固态纳米孔芯片的微纳制备；

(2)对所述固态纳米孔芯片进行水下浸润，搭建集成共聚焦光学系统的纳米孔芯片测试系统；

(3)采用激光辐照所述固态纳米孔芯片的固态膜表面，通过离子电流变化确定所述固态纳米孔芯片的纳米孔位置；

(4)改变控制条件，对探测物穿孔进行控制，当所述纳米孔出现堵孔情况时，对所述纳米孔进行激光辐照以分解和清理污染物，以延长所述纳米孔的使用时间，其中，所述控制条件包括压强大小和方向、激光功率、电压大小和极性、电解液浓度。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光和压强调制的固态纳米孔穿孔控制方法，其特征在于，所述固态纳米孔芯片是在超薄绝缘薄膜上制备出的，且所述固态纳米孔芯片带有微型凹槽结构；以及

所述进行固态纳米孔芯片的微纳制备，包括如下操作：芯片薄膜的生长、光刻开窗、刻蚀微型凹槽结构、RCA腐蚀、氢氧化钾湿法腐蚀、划片、磷酸减薄、透射电镜纳米钻孔、等离子体清洗。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光和压强调制的固态纳米孔穿孔控制方法，其特征在于，所述对所述固态纳米孔芯片进行水下浸润，包括：

预先用乙醇滴淋需要与泳池拧紧固定的连接部件，以完全除去其表面的气泡，其中，所述泳池内溶液的充填顺序依次为乙醇、去离子水、电解质溶液；

在光学显微镜中完成上下泳池的对中和组装固定后，迅速将所述固态纳米孔芯片浸没在装满去离子水的水缸内。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光和压强调制的固态纳米孔穿孔控制方法，其特征在于，所述搭建集成共聚焦光学系统的纳米孔芯片测试系统，包括：

使用水浸的参数为1.2NA、60倍的光学显微镜和闭环XYZ的三自由度纳米微位移器将来自波长为532nm的激光器的扩束光束聚焦到SiN薄膜上；

在探测端使用单光子成像相机连续测量达到功率，并在光束线性极化之后使用可调谐的半波片进行调整；

在发射端利用长通滤波器和CCD照相机对发射光束进行对准；

使用膜片钳放大器对pA量级的纳米孔电压和电流信号进行倍增放大，并使用16位数据采集板卡进行采样；

使用另一块与模数转换采集卡同步的快速数字板卡，从PI控制器读取压电控制台位置并进行扫描，采用自行编写的LabView程序进行数据采集。

5.根据权利要求1所述的一种基于激光和压强调制的固态纳米孔穿孔控制方法，其特征在于，所述采用激光辐照所述固态纳米孔芯片的固态膜表面，通过离子电流变化确定所述固态纳米孔芯片的纳米孔位置，包括：

采用532nm的绿色激光光束对纳米孔芯片进行线扫，实时观测纳米孔电流基线的变化，其中，扫描速率1μm/s；

响应于检测到开孔基线电流抬升达到预设倍数范围，将表面聚焦光束所定位到的位置确定为纳米孔所在位置，其中，所述预设倍数范围为2至5倍。

6.根据权利要求1所述的一种基于激光和压强调制的固态纳米孔穿孔控制方法，其特征在于，所述改变控制条件，对探测物穿孔进行控制，包括：

在泳池cis端加入待测物，通过膜片钳放大器对cis、tans端施加不小于100mv且不大于500mv的电压差，驱动待测物从cis端穿过纳米孔到达trans端，以阻塞电流大小和阻塞电流持续时间作为穿孔物的几何尺寸、电荷分布、二级结构的特征参数；

采用共聚焦显微镜发射出的10μW量级的低功率绿色激光照射SiN薄膜固态纳米孔处位置，改变纳米孔附近的表面电荷密度，以诱导一个与探测物穿孔速度同向或反向的电渗透流，同时改变控制条件，对探测物穿孔进行控制；

其中，所述低功率绿色激光的波长为532nm；所述控制条件包括压强大小和方向、激光功率、电压大小和极性、电解液浓度；所述对探测物穿孔进行控制包括减速、加速、单分子操纵。