[發(fā)明專利]一種基于玻璃微管的單納米孔傳感器及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010603933.1
• 申請日: 2010-12-22
• 公開（公告）號: CN102175738A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張磊;沙菁*;陳云飛;倪中華
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01N27/403
• 分類號: G01N27/403;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武;王鵬翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種用于檢測分子的裝置及其制造方法，具體涉及的是一種基于玻璃微管的單納米孔傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)

目前，納米通道主要包括天然納米通道及固態(tài)納米通道。固態(tài)納米孔的制備主要在固態(tài)薄膜材料上進行，方法有：①離子束雕刻，離子束濺射侵蝕孔膜材料制成一個納米孔或刺激物質(zhì)橫向運輸收縮成一個納米孔；②微雕鑄，先用光刻技術(shù)制成母版，再在PDMS上金屬沉積制備納米孔；③潛徑跡蝕刻，聚合物薄膜被高能重離子輻照后沿入射離子路徑產(chǎn)生潛徑跡，再對薄膜潛在離子軌道進行化學(xué)蝕刻，從而構(gòu)成一個孔膜；④高能電子束誘導(dǎo)微調(diào)，高強度電子流可使得材料表面改性，微調(diào)已加工好的納米孔(其可用FIB鉆孔或電子束光刻獲得)的直徑。但是薄膜納米孔加工成本較高，因為這些方法需要昂貴的制造設(shè)備或特殊材料，諸如掃描電子顯微鏡(SEM)的聚焦離子束系統(tǒng)、透射電鏡(TEM)的高能高聚焦性的電子束或具有低密度離子軌道的聚合物膜；其力學(xué)穩(wěn)定性較差：易受到薄膜結(jié)構(gòu)的機械力學(xué)特性的限制，薄膜與溶液之間的表面張力也極易影響薄膜與基底的吸附穩(wěn)定性，還有鹽溶液腐蝕、熱膨脹變形能制約著固態(tài)薄膜納米孔的使用壽命；其噪音影響較大：絕緣的薄膜材料一般都是沉積在基體上的，兩種不同材料的鍵合情況、各種場(溶液、溫度、振動)環(huán)境下薄膜與基體的受力情況都會對納米孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，從而實驗得到調(diào)制電流飄動范圍大，噪音影響顯著。

利用納米通道技術(shù)的生物分子傳感器不僅可以進行DNA測序，還可以檢測細菌、蛋白質(zhì)分子和檢測抗原-抗體的反應(yīng)，從而應(yīng)用于疾病檢測、藥物篩選，具有廣泛的應(yīng)用前景。納米孔檢測技術(shù)的原理就是通過辨識納米孔內(nèi)導(dǎo)電性介質(zhì)所引起的調(diào)制電流的變化幅度和持續(xù)時間達到辨識該介質(zhì)的目的。但目前電流檢測都是在軸向加電壓產(chǎn)生離子電流，但是在軸向加電壓會限制其分辨率而且無法判斷被測介質(zhì)在孔內(nèi)的運動狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種機械力學(xué)特性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較高的，具有較好的使用壽命和低水平的噪音影響的一種基于玻璃微管的單納米孔傳感器及其制造方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明的一種基于玻璃微管的單納米孔傳感器，包括玻璃微管，包括位于一端的突起；單納米孔，設(shè)置在突起中；兩流體室，分別設(shè)置在單納米孔的兩端并通過單納米孔相連接；用于給兩流體室施加電壓的第一電壓源；兩Pt電極，設(shè)置在突起上且位于單納米孔的上、下側(cè)；用于檢測兩Pt電極之間電流的電流表，電流表的兩端分別與兩Pt電極相連接；和用于給兩Pt電極施加電壓的第二電壓源；單納米孔和流體室中均設(shè)有電解液。采用了相互垂直的兩對電極，所以具備較高的靈敏度。

上述單納米孔的直徑為1～100nm。適合不同介質(zhì)的尺寸范圍。

本發(fā)明的基于玻璃微管的單納米孔傳感器的制造方法，包括以下幾個步驟：

(a)在玻璃微管內(nèi)密封石蠟，然后對玻璃微管進行局部加熱，使玻璃微管熔封、拉斷，熔封的玻璃微管內(nèi)部形成一個錐形的納米通道；

(b)用丙酮去除玻璃微管中的石蠟，并用砂輪磨削位于突起處的納米通道，突起中得到一個單納米孔，在單納米孔的兩端分別連接一個流體室，在單納米孔和流體室中裝電解液，除去石蠟，使得單納米孔具有統(tǒng)一而明確的材料特性，所以該單納米孔具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；

(c)采用原子層沉積的方法，在突起上且位于單納米孔的上、下側(cè)形成兩個Pt電極，用電流表檢測兩Pt電極之間的電流，電流表的兩端分別與兩Pt電極相連接；

(d)在兩流體室之間加第一電壓源，在兩Pt電極之間加第二電壓源。

本發(fā)明的傳感器采用四電極，可以獲得徑向電流和軸向電流，將徑向電流和軸向電流比較，能夠獲得更高的靈敏度和辨識率，而且通過徑向電流還能夠分析被測介質(zhì)過孔的狀態(tài)，便于以后進一步分析介質(zhì)的性質(zhì)等；采用本發(fā)明的方法制備的單納米孔的直徑為1～100nm，適合于檢測不同的介質(zhì)，且制得的單納米孔具有結(jié)構(gòu)強度高、信噪比較低和靈敏度較高等優(yōu)點；且本發(fā)明的方法簡單，可以大大的降低傳感器的制造成本。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式來詳細說明本發(fā)明；

圖1為本發(fā)明密封有石蠟的玻璃微管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1經(jīng)加熱后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。