[发明专利]一种基于AFM划刻石墨烯的纳流控芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于AFM划刻石墨烯的纳流控芯片及其制备方法，所述方法包括以下步骤：在硅片上刻蚀微流道与第一对准标记；在BF33玻璃上制作第二对准标记；清洗刻蚀微流道与第一对准标记后的硅片和制作第二对准标记后BF33玻璃；将石墨烯样品转移到清洗后的硅片和BF33玻璃指定位置上；通过AFM对所述硅片上的石墨烯加工石墨烯纳米通道；通过所述第一对准标记和所述第二对准标记，将加工石墨烯纳米通道后的硅片和放置石墨烯后的BF33玻璃进行阳极对准键合，得到纳流控芯片。该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，通道尺寸在纳米到几十纳米的范围内连续精确可控，密封性较好。

技术领域

本发明涉及新材料在生物医药产业的应用领域，尤其涉及一种基于AFM划刻石墨烯的纳流控芯片及其制备方法。

背景技术

纳米通道的制备技术在多个领域中都有广泛的应用，例如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。对于基于纳米通道的病毒和生物大分子（DNA、蛋白质）检测技术，例如针对新冠病毒及其变异毒株的检测技术，新冠病毒的核酸检测技术，其原理为，当待测病毒和生物大分子从纳米通道中通过时，监测该过程中纳米通道电流的变化即可分析待测病毒和大分子的结构等信息，而该测量装置最为重要的结构即为待测病毒和大分子所通过的纳米通道，而纳米通道的均一性(一般指的是沿纳米通道长度方向上的高度均一性)和密封性将直接影响检测信号的信噪比，因此，开发出精确有效的纳米通道制备工艺将对该领域产生积极影响。

在纳米药物研发领域，人们需要将纳米药物精确输送至患处，有助于药物的快速溶解和吸收，纳米通道的使用可以实现药物的精确输送并开发出特异性与敏感性更高的纳米药物监测机制。纳米通道技术在纳米药物开发和精准医疗领域有着广阔、重要的应用前景。 此外，人们近年来对纳米尺度微通道内的流动与传输特性进行了深入研究，不同的纳米通道界面、尺寸设计和其中特殊的双电层、超滑移现象将影响离子输运和分离的效果。

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是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。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。纳米压印光刻法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。高能束加工法(高能束一般指电子束、质子束、聚焦离子束、飞秒激光束等)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。专利CN 102303843 B提供了一种纳米流体通道及其制作方法，采用湿法腐蚀工艺获得侧壁光滑、陡直且线条均匀的通道模板，但是该工艺比较繁琐且刻蚀速率要求严苛；专利CN 113426500 A公开了一种基于纳米波纹结构的纳流控芯片的制备方法，该方法通过用AFM往复扫描在聚碳酸酯薄膜表面加工纳米波纹结构通过PDMS转印得到带有纳米通道阵列的PDMS片，PDMS片与带有微通道的PDMS片进行键合，该方法需要通过转印获取带有纳米通道阵列的PDMS片。专利CN113060700 A公开了基于石墨烯各向异性刻蚀原理的纳米通道高精度加工方法及其用途，通过湿法刻蚀获得纳米通道，但是该工艺对刻蚀精度要求严苛，由此可见，目前尚缺乏一种简单可靠的纳米通道加工方法，限制了纳米通道相关技术的发展。