[发明专利]一种基于纳米波纹结构的纳流控芯片的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米波纹结构的纳流控芯片的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、使用AFM在聚碳酸酯薄膜表面进行往复扫描加工，通过控制探针的运动轨迹得到纳米波纹结构；步骤二、以PDMS和固化剂为转印材料，通过PDMS转印得到带有纳米通道阵列的PDMS片；步骤三、采用光刻法在单晶硅基底上加工微通道结构，通过PDMS转印得到带有微通道的PDMS片；步骤四、采用氧等离子体清洗机对带有纳米通道阵列的PDMS片和带有微通道的PDMS片进行键合，得到带有纳米通道阵列的纳流控芯片。本发明的加工方法简单、通道深宽比可控，制备出的带有纳米通道阵列的纳流控芯片具有更高的灵敏。

技术领域

本发明属于微纳米结构加工、微纳流体研究技术领域，涉及一种纳流控芯片的制备方法。

背景技术

纳流控芯片由于其纳米级的尺寸优势在疾病诊断、生物分析和环境监测等领域有着巨大的应用潜力，在降低检测成本、提高检测效率、改善分析精度等方面起到重要作用。纳米通道作为制备纳流控芯片的关键结构，是决定纳流控芯片检测性能的主要因素。通过其内部纳米尺度通道可以将反应物限制在狭小空间内，使得反应的效率和灵敏度极大提高，实现微流控芯片难以实现的功能。在纳流控芯片中，当纳米通道扩展为纳米通道阵列时，能够显著挺高纳流控芯片性能。在富集应用中，增加纳米通道数量能够提高富集倍率。此外，纳米通道阵列不仅增强多个数量级的离子电流变化，还可以减小外部环境干扰，具有更高的灵敏度，因此基于纳米通道阵列的纳流控芯片被广泛应用于无标记检测。

目前，已经有传统光刻技术、电子束刻蚀技术（EBL）和纳米压印技术用于纳米通道阵列的制备。光刻加工技术，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，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。电子束刻蚀技术相比于普通光刻技术具有更高的加工精度，能够加工出宽度小于10nm的纳米通道，然而该方法是一种串行的加工方法，受技术限制，加工耗时且昂贵，且对加工环境要求较高，不利于制备纳米通道阵列。纳米压印技术可以加工出高分辨率的混合尺度结构，然而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。相比于上述几种技术，基于AFM的纳米加工技术具有加工成本低、精度高、操作简单等优点，已被证实为一种加工纳米通道的有效手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于纳米波纹结构的纳流控芯片的制备方法，该方法基于AFM的纳米波纹结构加工方法利用探针往复扫描能够直接加工出纳米波纹结构，规则的纳米波纹结构可作为纳米通道阵列制备纳流控芯片，利用转印技术转印出纳米通道模板。因此，采用该方法能够有效实现带有纳米通道阵列的纳流控芯片的制备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于纳米波纹结构的纳流控芯片的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、纳米波纹结构加工

使用AFM在聚碳酸酯薄膜表面进行往复扫描加工，通过控制探针的运动轨迹得到纳米波纹结构，其中：运动轨迹为Z形轨迹或矩形轨迹，扫描速度为10~120μm/s，进给量为10~50 nm，波纹结构由凸起和沟槽阵列组成，凸起高度为100~400nm，且凸起高度大于沟槽深度；

步骤二、纳米通道阵列制备

以PDMS和固化剂为转印材料，通过PDMS转印得到带有纳米通道阵列的PDMS片；

步骤三、微通道模板制备

采用光刻法在单晶硅基底上加工微通道结构，通过PDMS转印得到带有微通道的PDMS片；

步骤四、微、纳通道键合

采用氧等离子体清洗机对带有纳米通道阵列的PDMS片和带有微通道的PDMS片进行键合，得到带有纳米通道阵列的纳流控芯片。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：