[发明专利]一种双面氦离子束刻蚀制备近零厚度纳米孔的方法及其产品和应用

说明书

本发明涉及一种双面氦离子束刻蚀制备近零厚度纳米孔的方法及其产品和应用，属于单分子纳米孔检测技术领域。本发明公开了一种双面氦离子束刻蚀制备近零厚度纳米孔的方法，通过具有极高的加工精度和可控性的氦离子束加工方法，制备得到具有高度可控性的零厚度纳米孔结构，使其材料、孔径大小、孔径的样式、孔径个数都可以根据待测分子的性质进行专有性设计，能够提高纳米孔检测DNA序列、RNA序列、DNA序列的修饰、RNA序列的修饰或蛋白质分子的空间分辨率、时间分辨率以及捕获率。

技术领域

本发明属于单分子纳米孔检测技术领域，具体涉及一种双面氦离子束刻蚀制备近零厚度纳米孔的方法及其产品和应用。

背景技术

纳米孔单分子检测技术是基于库尔特计数器原理和离子通道模型的一种高精度生物检测技术。1953年，Coulter提出在电解质溶液中，通过监测粒子通过微米级小孔时引起的通道电阻波动，反映相关粒子的基本物理性质，如尺寸、形状、带电量等。这种利用电阻性脉冲传感的概念，已广泛应用于生命科学和生物化学研究领域。纳米孔的传感原理是大小与孔直径大小近似的待测分子通过纳米孔时，会导致离子电流变化，而这个瞬时的变化则可以用来反映待测分子的理化性质。

现有纳米孔根据材料可分为生物纳米孔和固态纳米孔，由于生物纳米孔其固有的环境适应性差、孔的形状和大小固定、难以工业化大量生产等缺陷，目前固态纳米孔有很大的应用前景。然而固态纳米孔由于其材料的固有特性，在检测时由于其膜厚难以达到与DNA单碱基长度相匹配的大小，现在二维材料膜厚虽然理论上可以达到，但由于其接入电阻的限制，在实际应用中其传感长度无法达到与膜厚精度相匹配的程度，目前还没有成功在应用中实现理论可达的分空间辨率，所以难以实现对DNA、RNA序列、其共价修饰的DNA序列、共价修饰的RNA序列或蛋白质分子的精确检测。同时，对于生物小分子的检测，纳米孔检测原理要求待测分子与孔径大小近似，这要求形成孔结构的特征尺寸与生物分子的大小相匹配以获得更高的检测灵敏度。目前传统微纳加工领域能够在实际应用中达到亚10nm加工精度的技术非常少，而氦离子束刻蚀则可以实现这一目标。另外，在生物分子传感过程中，DNA、RNA分子易位过快，纳米孔的时间分辨率不足也是一个很大的缺陷。目前的一些提高时间分辨率的方法普遍依赖于修饰或者实验条件的控制，不适于批量生产与运用；另外，现有一些制备纳米孔技术如电介质击穿无法在薄膜上制备位置确定的多个纳米孔结构；并且纳米孔的捕获率较低，也是一个很大的问题。由于许多生物小分子的检测需要很小的纳米孔孔径，需要利用精细的加工手段才可以实现。

因此需要在制备过程中实现对于材料、孔径大小、孔径个数的个性化选择，并且实现厚度和直径均可与生物小分子大小相匹配的纳米孔制备以方便适应各种不同待测生物小分子的具体性质。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种双面氦离子束刻蚀制备近零厚度纳米孔的方法；本发明的目的之二在于提供一种双面氦离子束刻蚀制备近零厚度纳米孔；本发明的目的之三在于提供一种近零厚度纳米孔单分子检测器件；本发明的目的之四在于提供一种近零厚度纳米孔单分子检测器件在单分子检测分析方面的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种双面氦离子束刻蚀制备近零厚度纳米孔的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)制备硅基薄膜衬底：在厚度为10～20μm的硅衬底上通过化学气相沉积法生长化合物材料形成硅基薄膜衬底，所述化合物材料包括厚度为50～200nm的二氧化硅和厚度为10～30nm氮化硅薄膜组成的双层材料、厚度为20～30nm的氮化硅薄膜形成的单层材料或厚度为10～30nm的氮化硅薄膜和厚度为20～100nm的氧化铝薄膜组成的双层材料中的任意一种，

所述厚度为10～30nm的氮化硅薄膜和厚度20～100nm为的氧化铝薄膜组成的双层材料中氮化硅薄膜位于硅衬底和氧化铝薄膜之间；