[發明專利]用于微納尺度物質投送及提取的中空懸臂探針

有效

• 申請號: 201711111195.7
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107879309B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 宋杰;齊岱宗
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81C1/00;G01Q70/10;G01Q70/16
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種用于微納尺度物質投送及提取的中空懸臂探針，中空懸臂探針，為扁立方體結構，由漏斗狀的探針和管狀的懸臂梁組成，其中：懸臂梁與探針內部中空且相連通以輸送物質，即以懸臂梁的一端為始端、探針的針尖開口一端為末端，通過在始端施加正壓或負壓，實現從末端吸入或投送物質至試樣表面。本發明以MEMS技術對傳統懸臂梁與探針施以恰當改造，則可取得具有物質投送及提取功能的新結構，即將帶有輸送通道的懸臂梁與探針的組合結構“中空懸臂探針”。本發明通過與試樣表面相吸引或排斥而反映出試樣的表面形貌信息。

技術領域

本發明涉及的是一種微納米領域的技術，具體是一種用于微納尺度物質投送及提取的中空懸臂探針，實現微納尺度的物質投送及提取。

背景技術

原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)作為物體表面結構的分析儀器，依靠微型力敏元件與樣品表面發生原子級的相互作用，并通過傳感器將之轉化為可檢測與處理的電信號，實現了對樣品表面形貌及性質的觀測；其分辨率可精至納米級、能提供三維表面圖、且不要求真空的實驗環境或對樣品做特殊處理，已在生物技術、轉化醫學等工業與研究領域得到廣泛應用。原子力顯微鏡的核心部分是其作為力敏元件的懸臂梁與探針，此部分亦決定了機器整體的使用性能及具體工作模式。

微電子機械系統(Micro Electro Mechanical System，MEMS)是微電子技術與微加工技術的結合，在微納尺度上制作與加工機械結構；其成熟的體微機械加工技術可選擇性地以腐蝕劑去除襯底、取得具有特定形貌的微機械元件，從其面向的尺度及適用的材料上來說都是制作原子力顯微鏡懸臂梁與探針部分的理想工藝。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種用于微納尺度物質投送及提取的中空懸臂探針，以MEMS技術對傳統懸臂梁與探針施以恰當改造，則可取得具有物質投送及提取功能的新結構，即將帶有輸送通道的懸臂梁與探針的組合結構“中空懸臂探針”。本發明通過與試樣表面相吸引或排斥而反映出試樣的表面形貌信息，簡言之即觀測；為了在既有原子力顯微鏡觀測功能的基礎上實現相應尺度的物質投送及提取。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種中空懸臂探針的制備方法，通過在基底表面通過各向異性腐蝕得到帶有懸臂梁的四棱錐形凹洞，然后將一覆蓋層置于凹洞上方并進行低溫氧化沉積，最后去除凹洞底部多余基底并以光刻蝕工藝弭去凹洞洞口及懸臂梁另一端，得到中空懸臂探針。

所述的各向異性腐蝕，具體是指：在基底表面以反應離子刻蝕(RIE)工藝蝕去傳統探針的懸臂梁輪廓，在此輪廓一端附近利用KOH的各向異性腐蝕產生一個四棱錐形凹洞。

所述的覆蓋層的下表面與基底的上表面的間距，即兩者不相接觸且最近距離為1微米。

所述的覆蓋層采用但不限于硅片。

所述的基底采用但不限于硅片。

所述的去除采用單不限于以鹵素氣體(F₂或Cl₂氣體)將多余基底除去。

本發明涉及上述方法制備得到的中空懸臂探針，為扁立方體結構，由漏斗狀的探針和管狀的懸臂梁組成，其中：懸臂梁與探針內部中空且相連通以輸送物質。

所述的中空懸臂探針中梁的部分邊長為～80μm長×～10μm寬×～2μm厚，內徑為與外徑的長寬差異在整體尺度上可以忽略，腔體厚度約1μm，針尖口徑為～500nm。

本發明涉及上述方法制備得到的中空懸臂探針的應用，以懸臂梁的一端為始端、探針的針尖開口一端為末端，通過在始端施加正壓或負壓，實現從末端吸入或投送物質至試樣表面。

技術效果