[發明專利]一種基于納米波紋結構的納流控芯片的制備方法

在審

• 申請號: 202110791031.3
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113426500A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 耿延泉;李子翰;閆永達
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

本發明公開了一種基于納米波紋結構的納流控芯片的制備方法，所述方法包括如下步驟：步驟一、使用AFM在聚碳酸酯薄膜表面進行往復掃描加工，通過控制探針的運動軌跡得到納米波紋結構；步驟二、以PDMS和固化劑為轉印材料，通過PDMS轉印得到帶有納米通道陣列的PDMS片；步驟三、采用光刻法在單晶硅基底上加工微通道結構，通過PDMS轉印得到帶有微通道的PDMS片；步驟四、采用氧等離子體清洗機對帶有納米通道陣列的PDMS片和帶有微通道的PDMS片進行鍵合，得到帶有納米通道陣列的納流控芯片。本發明的加工方法簡單、通道深寬比可控，制備出的帶有納米通道陣列的納流控芯片具有更高的靈敏。

技術領域

本發明屬于微納米結構加工、微納流體研究技術領域，涉及一種納流控芯片的制備方法。

背景技術

納流控芯片由于其納米級的尺寸優勢在疾病診斷、生物分析和環境監測等領域有著巨大的應用潛力，在降低檢測成本、提高檢測效率、改善分析精度等方面起到重要作用。納米通道作為制備納流控芯片的關鍵結構，是決定納流控芯片檢測性能的主要因素。通過其內部納米尺度通道可以將反應物限制在狹小空間內，使得反應的效率和靈敏度極大提高，實現微流控芯片難以實現的功能。在納流控芯片中，當納米通道擴展為納米通道陣列時，能夠顯著挺高納流控芯片性能。在富集應用中，增加納米通道數量能夠提高富集倍率。此外，納米通道陣列不僅增強多個數量級的離子電流變化，還可以減小外部環境干擾，具有更高的靈敏度，因此基于納米通道陣列的納流控芯片被廣泛應用于無標記檢測。

目前，已經有傳統光刻技術、電子束刻蝕技術（EBL）和納米壓印技術用于納米通道陣列的制備。光刻加工技術，通過掩膜板刻蝕，能夠實現批量加工，該方法廣泛應用于微流控芯片的制備，然而，微米級光刻技術由于其低分辨率限制了納米通道的制造，具有納米級精度的光刻機設備由于價格過于昂貴，并不適合制備納流控芯片，因此該種方法仍就有局限性。電子束刻蝕技術相比于普通光刻技術具有更高的加工精度，能夠加工出寬度小于10nm的納米通道，然而該方法是一種串行的加工方法，受技術限制，加工耗時且昂貴，且對加工環境要求較高，不利于制備納米通道陣列。納米壓印技術可以加工出高分辨率的混合尺度結構，然而該種技術需要復雜的模具制作過程，且加工分辨率取決于模板性質，因此如何制作高精度的納米結構模板是該方法的關鍵問題。相比于上述幾種技術，基于AFM的納米加工技術具有加工成本低、精度高、操作簡單等優點，已被證實為一種加工納米通道的有效手段。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于納米波紋結構的納流控芯片的制備方法，該方法基于AFM的納米波紋結構加工方法利用探針往復掃描能夠直接加工出納米波紋結構，規則的納米波紋結構可作為納米通道陣列制備納流控芯片，利用轉印技術轉印出納米通道模板。因此，采用該方法能夠有效實現帶有納米通道陣列的納流控芯片的制備。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于納米波紋結構的納流控芯片的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、納米波紋結構加工

使用AFM在聚碳酸酯薄膜表面進行往復掃描加工，通過控制探針的運動軌跡得到納米波紋結構，其中：運動軌跡為Z形軌跡或矩形軌跡，掃描速度為10~120μm/s，進給量為10~50 nm，波紋結構由凸起和溝槽陣列組成，凸起高度為100~400nm，且凸起高度大于溝槽深度；

步驟二、納米通道陣列制備

以PDMS和固化劑為轉印材料，通過PDMS轉印得到帶有納米通道陣列的PDMS片；

步驟三、微通道模板制備

采用光刻法在單晶硅基底上加工微通道結構，通過PDMS轉印得到帶有微通道的PDMS片；

步驟四、微、納通道鍵合

采用氧等離子體清洗機對帶有納米通道陣列的PDMS片和帶有微通道的PDMS片進行鍵合，得到帶有納米通道陣列的納流控芯片。

相比于現有技術，本發明具有如下優點：