[发明专利]一种尺寸可控的三层纳米孔结构及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种尺寸可控的三层纳米孔结构及其制备方法与应用。所述制备方法，包括如下步骤：S1.通过刻蚀三层纳米薄膜结构，得到三层纳米通孔；S2.采用电子束对S1中的三层纳米通孔进行缩孔，得到三层纳米孔结构；所述电子束的扫描区域为300nm×300nm~20µm×20µm。本发明将离子束和电子束相结合，制备出纳米孔孔径较小的三层纳米孔结构，并且可以实现纳米孔的尺寸可控。本发明能够制备出薄膜较薄、纳米孔的孔径小于10nm的三层纳米孔结构，该三层纳米孔结构可以实现DNA分子的动力学校对，提高碱基序列识别的垂直分辨率和水平分辨率。

技术领域

本发明涉及微纳器件制备与应用技术领域，涉及一种尺寸可控的三层纳米孔结构及其制备方法与应用。

背景技术

利用纳米孔对DNA分子碱基序列识别的研究已有20余年。当DNA分子在电场力的作用下穿过纳米孔时，通过改变纳米孔内的离子电流幅值，能够识别不同的碱基。由于碱基对之间的间隙小至0.34 nm，所以科学家们一直追求更薄的纳米孔来提高碱基序列识别时的垂直分辨率，比如，使用石墨烯，二硫化钼，氮化硼等超薄材料制作成纳米孔。但是，石墨烯会使部分DNA吸附在孔壁上造成纳米孔阻塞。同时，DNA分子在溶液中的热运动也会影响碱基序列的识别。所以，当前基于固态纳米孔的基因测序，一直没有取得突破性的进展。

现有技术中，Ling,X.S(Ling,X.S.“Methods of sequencing nucleisacidsusing nanopores and active kinetic proofreading”,WO/2013/119784,Internationalapplication No：PCT/US2013/025106(2013))提出了利用纳米孔作为动力学校对的机理来测量断链杂交探针，给基于固态纳米孔的DNA碱基序列的检测带来了新的希望。然而，这种实现动力学校对的芯片的结构以及如何制造出来都没有得到很好的解决。传统的制备方法采用镓离子束，无法直接制造出直径20nm以下的纳米孔，直接影响了碱基序列识别的水平分辨率。

因此，需要研究一种能提高碱基序列识别分辨率的纳米孔结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尺寸可控的三层纳米孔结构的制备方法，所述制备方法工艺简单，与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容，制造成本低；由该制备方法能够制备出薄膜较薄、纳米孔的孔径小于10nm的三层纳米孔结构，该三层纳米孔结构可以实现DNA分子的动力学校对，提高碱基序列识别的垂直分辨率和水平分辨率。

本发明的另一目的在于，提供上述制备方法制得的三层纳米孔结构。

本发明的还一目的在于，提供上述三层纳米孔结构在DNA碱基序列检测或单分子检测中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种尺寸可控的三层纳米孔结构的制备方法，包括如下步骤：

S1. 通过刻蚀三层纳米薄膜结构，得到三层纳米通孔；

S2. 采用电子束对S1中的三层纳米通孔进行缩孔，得到三层纳米孔结构；所述电子束的扫描区域为300nm×300nm~20µm×20µm。

本发明提供了一种尺寸可控的三层纳米孔结构的制备方法，首先对三层纳米薄膜结构进行离子束刻蚀，得到三层纳米通孔；接着，采用电子束对三层纳米通孔进行缩孔，可以控制三层纳米孔结构的孔径尺寸，有效减小了纳米孔附近的表层纳米薄膜的厚度，从而增加了碱基序列识别时的垂直分辨率。并且，三层纳米孔结构的纳米孔的孔径小于10nm，可以实现DNA分子的动力学校对，提高碱基序列识别的水平分辨率。

本发明提供的制备方法工艺简单，与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容，制造成本低；由该制备方法制得的三层纳米孔结构具有较好的扩展性，并且可以重复循环使用，在DNA碱基序列检测或单分子检测等领域有着广泛的应用前景和价值。