[实用新型]一种电压调控的溶液离子选择透过装置

说明书

本实用新型公开了一种电压调控的溶液离子选择透过装置，包含衬底、纳米管道、水槽、微管道、栅极绝缘层和栅电极六个部分；所述纳米管道的两侧均连接有水槽，一侧水槽通过微管道注入溶液，经纳米管道选择透过离子后，从另一侧水槽及微管道流出；所述栅电极连接外加电源，用于调节栅极电压。该装置基于一种包含栅电极的纳米管道结构，并通过外加栅极电压实现对纳米管道中离子的选择性通过。本实用新型的离子选择通过电压调控，可以随时打开和关闭并对离子透过的类型进行选择。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件领域，具体涉及一种电压调控的溶液离子选择透过装置。

背景技术

溶液中的离子及浓度会显著影响溶液的物理和化学性质，对离子的选择输运在人工仿生结构、生物探测、海水淡化、药物输送等方面具有广泛的应用前景。实现可控离子输运的灵感最初来自于细胞中的蛋白质离子通道，这些离子通道能够选择和调节不同离子进出细胞，实现对于质膜间细胞电势的控制。已经有大量使用磷脂、PET和聚合物等有机材料制备纳米通道的工作报道。近年来，得益于制备工艺的成熟，基于固态无机材料的纳米通道研究近年来也得到了快速的发展。然而，目前的纳米通道对离子的选择输运基本上都只具备单一功能，在纳米限制条件下实现类似细胞膜中蛋白质离子通道的精确快速调控仍面临着一定的挑战。

实用新型内容

本实用新型针对精确调控离子输运的需求，提出了一种电压调控的溶液离子选择透过装置。该装置对离子的选择透过基于外加栅极电压实现，可以实现灵活打开和关闭功能，并通过施加不同电压实现对不同离子的选择透过。

本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种电压调控的溶液离子选择透过装置，包含衬底、纳米管道、水槽、微管道、栅极绝缘层和栅电极六个部分。其中纳米管道的两侧均连接有水槽，一侧水槽通过微管道注入溶液，经纳米管道选择透过离子后，从另一侧水槽及微管道流出。栅电极连接外加电源，通过施加栅极电压的方法打开和关闭离子透过，并可通过改变栅极电压大小及正负实现对透过离子类型的选择。

本实用新型的改进方案，可以丰富该装置结构的设计，或实现更复杂的器件功能。装置结构包括衬底可以均选用柔性材料，实现柔性器件。栅电极可以设计多栅极结构，分别施加不同的栅极电压，实现复杂的离子选择透过功能。具体包括：

衬底是可以是硬质的载片(如玻璃、硅片等)，也可以是柔性的膜(如聚合物膜)。

纳米管道可以为在衬底表面选择刻蚀得到，也可以选用预制备好的管道沉积和键合到衬底上。纳米管道可以根据设计，选用绝缘的硬质材料结构(如硅、二氧化硅等)或绝缘的柔性材料结构(如PDMS)。

水槽可以为在衬底表面选择刻蚀得到，也可以选用预制备好的水槽沉积和键合到衬底上。水槽可以根据设计，选用绝缘的硬质材料结构(如硅、二氧化硅等)或绝缘的柔性材料结构(如PDMS)。

微管道可以根据设计，选用绝缘的硬质材料结构(如硅、二氧化硅等)或绝缘的柔性材料结构(如PDMS)。

栅极绝缘层，可以根据设计，选用不同金属氧化物(如二氧化硅、二氧化铪等)。

栅电极，可以根据设计，选用不同的导电性好的金属(如金、银等)。栅电极设计可以根据需求，选用单个栅电极、多个栅电极或背栅结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型基于一种包含栅电极的纳米管道结构，并通过外加栅极电压实现对纳米管道中离子的选择性通过。本实用新型的离子选择通过电压调控，可以随时打开和关闭并对离子透过的类型进行选择。

附图说明

图1是本实用新型的剖面结构示意图；

图2是本实用新型在施加不同栅极电压时测量得到的溶液电导。