[发明专利]一种基于碳纳米管的纳流控芯片的制备方法

说明书

本申请提供了一种基于碳纳米管的纳米通道高精度加工方法以及相应应用和产品。本申请的加工方法包括在基片上刻蚀标记、生长碳纳米管水平阵列、光刻胶保护所需的碳纳米管、氧等离子体刻蚀掉碳纳米管、光刻构建微流道、碳纳米管打断、键合PDMS和安装进液管和出液管的步骤。本申请的方法不仅加工精度高，操作简单，与传统技术兼容性高，可设计的空间大，而且制备得到的纳米通道具有较高的长径比，在沿纳米管轴线方向具有良好的均一性和稳定性，最小尺寸可以减小到0.4nm，尺寸精确可控，密封性较好，当流体介质沿该纳米通道运动时不易漏液。

技术领域

本申请属于生物医药新材料领域，具体地，本申请涉及基于碳纳米管的纳米通道高精度加工方法及其在生物医药领域的用途。

背景技术

纳米通道在多个领域中都有广泛的应用，例如可用于病毒和生物大分子检测的生物传感器、纳米药物研发、纳米流控芯片、高热流密度芯片散热等。无论是检测过程中的电流变化还是药物的精确输送和检测，都要求纳米通道具有良好的均一性(一般指的是沿纳米通道长度方向上的高度均一性)、密封性以及经济性，以实现高信噪比和实用价值。

目前常用的纳米通道制备方法包括传统光刻法、高能束加工法、纳米压印光刻法等：

传统光刻法，通过掩膜板刻蚀，能够实现批量加工，该方法广泛应用于微流控芯片的制备，然而，该方法加工的通道横向尺寸会受到UV(Ultraviolet Rays)光的波长限制，通道的宽度一般被限制为微米级，该方法对刻蚀速率要求严苛，容易造成纳米通道在长度方向上高度不均匀的问题。微米级光刻技术由于其低分辨率限制了纳米通道的制造，具有纳米级精度的光刻机设备由于价格过于昂贵，并不适合制备纳流控芯片，因此该种方法仍就有局限性。

使用电子束、质子束、聚焦离子束、飞秒激光束等的高能束加工法利用高能束在材料上的直接照射使材料发生物理、化学变化，从而制造纳米通道，该类方法需要使用昂贵的加工设备，难以实现多个纳米通道的并行加工，制备成本高、效率低。

纳米压印光刻法是一种采用纳米压印与光刻相结合的制备方法，其原理为：以光刻胶等聚合物为辅助，通过使用含微纳结构的模具压印在待加工材料上，以实现微纳结构图案复制的技术。该方法一般包含三个步骤：加工压印模板、图样的转移、加工衬底，即首先通过刻蚀等手段加工出模具，然后以光刻胶等聚合物作为缓冲层覆盖在待加工材料表面，将模具压印在其表面，使之发生机械变形，再用紫外光等进行照射将其固化，最后去除缓冲层即可得到与模具结构一致的微纳结构材料，例如当模具为采用反应离子刻蚀法所得的槽道，通过纳米压印光刻技术得到的也将会是与之相同的槽道，但该种技术需要复杂的模具制作过程，且加工分辨率取决于模板性质，因此如何制作高精度的纳米结构模板是该方法的关键问题。目前该技术在精确控制通道尺寸、有效控制壁面粗糙度和通道均匀性上有所不足。

综上可见，开发一种能精确调控纳米通道尺寸、实用性强的纳米通道制备方法对于病毒和生物大分子检测技术、纳米医药、纳米流控器件、高热流密度芯片散热的关键核心技术突破很有意义。

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料，属于新材料领域中的前沿新材料和纳米材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离，约0.34nm。碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管（或称单层碳纳米管，Single-walled Carbon nanotubes,SWCNTs）和多壁碳纳米管（或多层碳纳米管，Multi-walled Carbon nanotubes, MWCNTs），单壁管典型直径在0.6-2nm，多壁管最内层可达0.4nm，最粗可达数百纳米，但典型管径为2-100nm。碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有天然的纳米尺度直径、高长径比，具有天然的原子级光滑内壁，沿纳米管轴向方向具有结构和性质均匀性，优异的力学、电学、热学性质和化学稳定性。

发明内容