[发明专利]一种基于纳米裂纹的纳流控芯片及其加工方法

说明书

本发明提供一种基于纳米裂纹的纳流控芯片及其加工方法。本发明由聚二甲基硅氧烷通道层玻璃基底键合而成，聚二甲基硅氧烷通道层含有微米通道和至少一条纳米通道，纳米通道与微米通道相连，微米通道末端通过储液槽与外界连接，所述储液槽用于纳米流控芯片样品的加入和提取。本发明加工方法简单，可实现单根纳米通道或者多根纳米通道阵列的高效快速加工，且纳米通道的长度、位置、尺寸精确可控。解决了采用传统半导体加工工艺耗时长，成本高，操作复杂等问题。所加工的微纳流控芯片可用于基于纳流控技术的生物传感、化学分析、微纳能源收集等领域。

技术领域

本发明涉及微纳流控芯片加工领域，尤其涉及一种基于纳米裂纹的纳流控芯片及其加工方法。所加工的微纳流控芯片可用于基于纳流控技术的生物传感、化学分析、微纳能源收集等领域。

背景技术

纳流控技术研究纳米尺度物质如纳米颗粒、小分子、离子、药物大分子等在尺度小于100nm空间内的传输、操控机制及应用技术。结构尺寸小于100nm的纳米通道器件由于界面电现象、尺寸位阻效应等导致在物质在纳米孔道中传输会有许多新的传输现象，这些新的传输现象为检测、操纵和控制单个纳米尺度目标如病毒、细菌和DNA等提供了极大的可能性，因此实现高效且廉价的纳米流体芯片制造对于纳流控的基础研究和应用开发至关重要。

目前，常规的加工含有纳米通道的纳流控芯片还是采取传统的半导体加工工艺，如电子束光刻、聚焦离子束光刻、干湿刻蚀等方法，但是这些方法还是不同程度地受到入射光和光掩模分辨率的限制，且其加工成本高，对加工环境要求严苛，加工效率低等；新型加工技术如干涉光刻方法不需要用到复杂的光学系统或者光掩膜即可大面积制造简单周期性纳米尺寸结构，但该方法无法实现单根纳米通道芯片的制备；非常规手段采用纳米材料如纳米线、纳米管和纳米纤维也可实现纳流控芯片的制造，但是此类方法仍存在利用机械工具处理微小样品难、校准组装器件过程复杂，加工重复性较差等缺点，在这通过以上方法难以实现微米通道和纳米通道的跨尺度连接。综上所述，以上纳流控芯片加工方法都有各自的不足之处，难以满足现阶段对于微流控芯片量产化或可控性的需求。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于纳米裂纹的纳流控芯片及其加工方法。本发明采用的技术手段如下：

一种基于纳米裂纹的纳流控芯片，由聚二甲基硅氧烷通道层玻璃基底键合而成，聚二甲基硅氧烷通道层含有微米通道和至少一条纳米通道，纳米通道与微米通道相连，微米通道末端通过储液槽与外界连接，所述储液槽用于纳米流控芯片样品的加入和提取。

进一步地，所述的聚二甲基硅氧烷通道层结构为硬质PDMS和普通PDMS双层复合结构；微米通道和纳米通道存在于硬质PDMS薄层表面，厚层普通PDMS覆盖于硬质PDMS之上作为支撑，所述纳米通道为多根时，多跟纳米通道呈并列阵列式排布。

本发明还公开上述基于纳米裂纹的纳流控芯片的加工方法，包括如下步骤：

S10、在聚苯乙烯平板材料表面制造微观缺陷；

S20、通过溶胀诱导法制备纳米裂纹；

S30、采用光固化软光刻法复制纳米裂纹制备纳米通道阳模；

S40、在纳米通道阳模表面通过光刻法制备微流通道连接纳米通道制备纳流控芯片通道系统阳模；

S50、采用双层复合结构PDMS复制微纳通道；

S60、通过等离子表面处理进行PDMS微纳通道和玻璃基底的键合，完成纳流控芯片加工。

进一步地，所述步骤S10中，聚苯乙烯基底包括通过真空注塑工艺制作的培养皿基底板材；制造微观缺陷所用工具为能够达到样品局部应力集中和缺陷的工具，在工具上施加10gF至1000gF压力，施加压力时间30s～35s，所产生的菱形缺陷尺寸对角线长度为20微米到210微米；所述微观缺陷点用于控制纳米裂纹的位置。

进一步地，所述步骤S20具体包括如下步骤：