[發明專利]一種基于納米孔的超彈性顆粒剪切模量檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 201811322829.8
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109459373A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 周騰;葛鑒;吉祥;史留勇;汝紹峰;張先滿;鄧魯豫
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于納米孔的超彈性顆粒剪切模量檢測裝置及方法，該檢測裝置主要由硅基襯底的兩個微腔及連接微腔的納米孔和電流檢測回路構成。檢測時，顆粒在靜電場的作用下穿過納米孔。同時利用電流檢測回路測量顆粒穿過納米孔時的微弱電流變化，進而利用數據解析出顆粒的剪切模量。

技術領域

本發明屬于利用納米孔對顆粒進行檢測的技術領域，具體涉及一種基于納米孔的超彈性顆粒剪切模量檢測裝置及方法。

背景技術

水污染的檢測，尤其是海洋污染的檢測，是人類持續研究的方向。當下，水質環境中微納顆粒的檢測是亟需解決的現實問題。水環境科學分析對象種類復雜，性質迥異，因此要求分析手段一定要具有精準、快速、高效、靈敏、自動化等特點。

隨著生活與工作的需求，小型便攜、自動連續、簡單快速的檢測手段是一個發展趨勢，基于納米孔的檢測技術是其中最具有代表性的。近年來，基于納米孔的檢測技術作為當前分析科學的重要發展前沿，在生物、醫藥、海水檢測等領域都發揮著極大的作用，得到了快速的發展。其中，離子電流阻塞法提出的最早，研究也最為廣泛。這種方法的基本原理如下，檢測反應腔被帶有納米孔的膜一分為二，被測物被加入到膜的一邊，在膜另一邊正電位電極的吸引下，帶有負電荷的被測物進入納米孔，并從膜的一邊滑動到膜的另一邊,在被測物穿過納米孔時對會對原有的納米孔中離子電流造成堵塞，電流會急劇下降，研究人員通過對穿越時間t、電流I的變化來檢測被測物性質。

目前普遍采用的固態納米孔也存在如下問題：首先，固態納米孔通道長度通常為5nm以上,這一尺寸對于大多數微納顆粒較大，導致顆粒穿過納米孔的離子電流變化不明顯。其次，基于納米孔的檢測方法中，顆粒穿過納米孔的速度一般較快，導致檢測識別率不高，這些問題嚴重制約了這種檢測方法的實際應用。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種基于納米孔的超彈性顆粒剪切模量檢測裝置及方法，能夠實現對顆粒剪切模量的準確、高效、低成本檢測。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于納米孔的超彈性顆粒剪切模量檢測裝置及方法，該檢測裝置是以微腔-固態納米孔-微腔結構為核心的檢測裝置，具體包括置于電解液（7）中的硅基襯底（2），在硅基襯底（2）上下兩側刻蝕的兩個圓柱形微腔（3）、（6），采用離子束轟擊的方式將兩個微腔（3）、（6）打通制作的一個納米孔（4），絕緣層（1）包裹在硅基襯底（2）外表面；所述微腔-固態納米孔-微腔結構將檢測裝置分為上下兩個部分，置于裝置上部的外接電極（11）接正電位，置于裝置下部的外接電極（8）接負電位，外接電極（8）、（11）與電流檢測設備（10）以及電源（9）構成電流檢測回路。

所述的超彈性顆粒剪切模量檢測裝置，所述固態納米孔（4）孔徑為10納米，厚度為5納米。

所述的超彈性顆粒剪切模量檢測裝置，所述微腔（3）、（6）孔徑為1微米，厚度為5微米。

所述的超彈性顆粒剪切模量檢測裝置，用于產生驅動顆粒（5）穿過所述微腔-固態納米孔-微腔結構的靜電場由電源（9）提供，所述電源（9）的施加電壓為0.07-0.34V。

所述的超彈性顆粒剪切模量檢測裝置，所述電解液（7）為KCl或NaCl溶液，其濃度為0.01-0.1mol/L，溫度為300開爾文。

所述的顆粒可變形檢測方法，首先將帶負電的顆粒（5）放入盛有電解液（7）的微腔（6）下端，在靜電場的驅動下，顆粒（5）向上運動穿過納米孔（4），并在電場力和電解液的擠壓下，發生變形，變形程度不同，顆粒（5）周圍的離子數目不同，使得穿過納米孔（4）的離子電流也不同，通過對離子電流測量數據的解析計算，得出所測顆粒（5）的剪切模量。

本發明與現有技術相比，具有如下優點：