專利名稱：微—納流控芯片的二維納米通道的制備方法
技術領域：
本發明涉及微一納流控芯片的加工方法，特別是涉及微一納流控芯片的二維納米通道的 制備方法。
技術背景隨著微細加工技術的進步，微流控芯片技術正朝著微-納流控(micro-and nanofluidic) 方向發展。由于微一納流控芯片在單分子分析，生物技術以及生物傳感器方面具有顯著的優 勢和巨大的潛在應用，微一納流控芯片技術已經吸引了化學，物理以及生物研究工作者的廣 泛興趣。加工納米通道是集成微一納流控芯片的關鍵，用于集成微一納流控芯片的納米通道可分 為一維納米通道(寬度微米級，深度納米級)、二維納米通道(寬度納米級，深度納米級) 和納濾膜三種。 一維納米通道可采用普通光刻技術制得。由于一維納米通道的寬深比大，芯 片在封接時容易產生通道塌陷。納濾膜已經商品化，可被封接在兩片加工有微米通道的基片 之間，集成微一納流控芯片。這兩種納米通道集成的微一納流控芯片多用于生物大分子和離 子的富集研究。由于一維納米通道的寬度通常在幾微米到數十微米之間，它在研究DNA分子 拉伸，單分子之間相互作用等方面受到了很大限制。二維納米通道主要用于DNA拉伸以及單 分子間相互作用的研究，加工方法可分為光刻法和非光刻法兩類。光刻法包括電子束光刻 (Electron Beam Lithography)、聚焦離子束光亥U (Focused-ion Beam Lithography )、 納米壓印光刻(Nanoimprint Lithography)等。非光刻法包括(1)化學蒸氣沉積后延生 長法制備硅納米線模板，利用多步氧化刻蝕制備納米管陣列，該法制備的納米管長度只有8 微米，并且集成微一納流控芯片難度較大；(2)電紡法制備可熱分解的聚合物納米線，然后 用熱穩定物質包裹此納米線，通過加熱使納米線熱分解，獲得納米通道。該法制備的納米通 道較長，但是所需材料特殊不易獲得。上述二維納米通道的加工方法均需昂貴的設備，復雜 的加工過程和高昂的加工費用，限制了微一納流控芯片技術的發展，因此研究一種加工簡便，成本低廉的微流控芯片的二維納米通道的制備方法，對于微一納流控芯片技術和單分子研究的發展都具有重要意義。發明內容本發明的目的是建立一套簡便快速，成本低廉的微一納流控芯片的二維納米通道的制備 方法，克服目前二維納米通道加工設備昂貴，加工過程復雜和加工費用高昂的問題。本發明提供的微一納流控芯片的二維納米通道的制備方法，是將納米線放置載玻片上作 為模板；通過熱壓法，將納米線嵌入熱塑性聚合物基片的上表面；用刻蝕劑將嵌入聚合物基 片中的納米線溶解后,在聚合物基片表面形成二維納米通道；將形成二維納米通道的聚合物基 片與蓋片封合，形成密封的二維納米通道。本發明將加工有微米通道的蓋片與上述加工有二維納米通道的基片相封接，使二維納米 通道與微米通道相連，可得到集成的微一納流控芯片。本發明的所用的納米線通過熱拉伸法制得，直徑在20-900納米之間，長度可控制在5微 米到4厘米之間。納米線可放置為直線形，弧形或陣列形用于壓制不同形狀的納米通道。本發明的二維納米通道的寬度在20-900納米之間，長度在5微米到4厘米之間，形狀可 為直線形，陣列形，弧形或相互交叉。本發明熱壓法制備二維納米通道的具體步驟是*用熱拉伸法制備納米線；*將一塊潔凈平整的聚合物基片蓋在納米線和載玻片上；*將聚合物基片，納米線和載玻片放入熱壓機中熱壓，使納米線嵌入聚合物基片； *將載玻片和聚合物基片剝離，用刻蝕劑溶解納米線，露出納米通道； *去除了納米線的聚合物基片與另一蓋片封合，形成二維納米通道。 本發明中的基片與蓋片可為聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等熱塑性聚合物，聚合物蓋片和聚合物基片可以是相同的聚合物材料,也可以是不同的聚合物材料。本發明所述的制備二維納米通道的具體步驟可對同一基片重復使用，加工相對復雜的納米通道結構。本發明所述所述的封接方法可為熱壓法封接或聚二甲基硅氧烷基片可逆封接。在本發明中，由于熱拉伸法制作的納米線表面光滑，硬度大，熔點高，可以作為熱壓法 加工納米通道的模板，避免了昂貴光刻設備的使用。熱壓法制備二維納米通道和集成微一納 流控芯片加工過程簡單，成本低廉，整個加工過程可在2個小時內完成。此外，通過對納米 線進行操縱或改變微米通道構形，可制備多種復雜構形的二維納米通道和微一納流控芯片。與 現有二維納米通道加工技術相比，本發明具有工藝簡單，可在普通實驗室條件下進行，不需 要昂貴的加工設備，成本低廉,加工速度快等特點。
圖l制備二維納米通道示意2微一納流控芯片示意中l一聚合物基片，2 —納米線，3 —載玻片，4一二維納米通道，5 —蓋片，6 —微米 通道，7 —密封的二維納米通道，8 —儲液池。
具體實施方式
實施例1熱拉伸法制作的納米線以二氧化硅光纖為原料，在酒精燈上加熱,通過調節二氧化硅光纖離火焰的距離來調節加熱部分的溫度，邊加熱邊拉伸，根據要求制得直徑在20-900納米之 間，長度在5微米到4厘米之間的納米線。熱壓法制備二維納米通道步驟見圖l。首先將一塊潔凈平整的聚合物基片1蓋在二氧化硅納米線2和載玻片上3 (圖la);將熱壓機的溫度升到聚合物的玻璃態溫度，施加壓力， 進行熱壓，使二氧化硅納米線2嵌入聚合物基片1中(圖lb)，保持壓力一段時間，同時降 低熱壓溫度；待熱壓機溫度降至5(TC時，將載玻片3和聚合物基片1從熱壓機中取出，使之 分離，聚合物基片l用氫氟酸溶解二氧化硅納米線，聚合物基片1露出二維納米通道4 (圖 lc)。用聚合物蓋片5與聚合物基片1封合后，形成密封的二維納米通道7 (圖ld)。 實施例2根據實施例l提供更具體的一個優化實例。將一根長4mm，直徑100nm的二氧化硅納米 線2放置在載玻片3中心位置，將一塊長3cm，寬2cm，厚0. 5mra的聚碳酸酯基片1放置在納 米線2和載玻片3上；將它們放入熱壓機中，熱壓機下加熱塊升溫至155°C，上加熱塊升溫 至140'C,施加1.2MPa壓力，并保持l分鐘，然后在5分鐘內將加熱塊溫度降至5(TC，取出 聚碳酸酯基片1和載玻片3，此時，納米線2已經嵌入聚碳酸酯基片1中。剝離聚碳酸酯基 片1和載玻片3，用氫氟酸溶解二氧化硅納米線3，露出二維納米通道4;在聚二甲基硅氧烷 蓋片5上加工微米通道6。將去除了納米線的聚碳酸酯基片1與加工微米通道6的聚二甲基 硅氧烷蓋片5封合，形成密封的二維納米通道7, 二維納米通道7與微米通道6相連，得到 集成的微一納流控芯片。本實例加工的二維納米通道側壁光滑，封接后沒有塌陷和溶液泄漏 處。實施例3根據實施例2提供制作十字交叉納米通道的實例。使用實施例2的熱壓方法，首先將一 根直徑700nm的二氧化硅納米線壓入聚碳酸酯基片，用氫氟酸去除納米線后，在聚碳酸酯基 片上得到寬度和深度均為700nm的納米通道，再將一根直徑700ran的納米線與此通道垂直放 置，進行第二次熱壓，去除納米線后與聚二甲基硅氧垸基片封接，形成十字形二維納米通道， 本實例可進一步拓展，用于加工納米通道相互交叉的復雜通道構形。實施例4根據實施例1和實施例2提供一個加工微一納流控芯片實例，此微納流控芯片可以用于 DNA分子拉伸等單分子研究。采用實施例2的熱壓參數在聚碳酸酯基片上壓制一條寬337nm， 長2mm的納米通道，在聚二甲基硅氧垸蓋片上加工兩條寬50um，深度5nm，間距50"m的 通道，將蓋片和基片封接后，集成為單分子拉伸研究中常用的微納流控芯片(圖2)。
權利要求
1. 一種微-納流控芯片的二維納米通道的制備方法，其特征是將納米線放置載玻片上作為模板；通過熱壓法，將納米線嵌入熱塑性聚合物基片的上表面；用刻蝕劑將嵌入聚合物基片中的納米線溶解后，在聚合物基片表面形成二維納米通道；將形成二維納米通道的聚合物基片與蓋片封合，形成密封的二維納米通道。
2、 根據權利要求1所述的微一納流控芯片的二維納米通道的制備方法，其特征是納米線直徑 在20-900納米，長度控制在5微米到4厘米。
3、 根據權利要求1所述的微一納流控芯片的二維納米通道的制備方法，其特征是所用的載玻 片上放置納米線為直線形，陣列形或弧形，用于壓制不同形狀的二維納米通道。
4、 根據權利要求1所述的微一納流控芯片的二維納米通道的制備方法，其特征是二維納米通 道的寬度在20-900納米之間，長度在5微米到4厘米之間，形狀為直線形，陣列形，弧 形或相互交叉。
5、 根據權利要求1所述的微一納流控芯片的二維納米通道的制備方法，其特征是將加工有微 米通道的蓋片與加工有二維納米通道的基片相封接，二維納米通道與微米通道相連，得到 集成的微一納流控芯片。
6、 根據權利要求1所述的微一納流控芯片的二維納米通道的制備方法，其特征是熱塑性聚合 物基片為聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚酰胺或聚苯乙烯的一種。
7、 根據權利要求1所述的微一納流控芯片的二維納米通道的制備方法，其特征是交叉連接的 復雜的二維納米通道，使用多根納米線作為模板，通過多次熱壓法制作。
8、 根據權利要求1所述的微流控芯片的二維納米通道的制備方法，具體步驟是 用熱拉伸法制備納米線；*將一塊潔凈平整的聚合物基片蓋在納米線和載玻片上； 將聚合物基片，納米線和載玻片放入熱壓機中熱壓，使納米線嵌入聚合物基片； *將載玻片和聚合物基片剝離，用刻蝕劑溶解基片上的納米線，露出納米通道； *去除了納米線的聚合物基片與蓋片封合，形成二維納米通道。
全文摘要
一種微—納流控芯片的二維納米通道的制備方法，將納米線放置載玻片上作為模板；通過熱壓法，將納米線嵌入熱塑性聚合物基片的上表面；用刻蝕劑將嵌入聚合物基片中的納米線溶解后，在聚合物基片表面形成二維納米通道；將形成二維納米通道的聚合物基片與蓋片封合，形成密封的二維納米通道。可用于制備具有二維納米通道的微—納流控芯片，本發明制備二維納米通道工藝簡單，不需要昂貴的加工設備，成本低廉，加工速度快。
文檔編號C12Q1/68GK101251532SQ20081006084
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月21日 優先權日2008年3月21日
發明者磊 張, 殷學鋒, 童利民, 谷付星 申請人:浙江大學