[发明专利]跨微纳尺度集成流道的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳制造技术领域，具体涉及一种跨微纳尺度集成流道的制备方法。

背景技术

21世纪是生物科技将要高度发展的一个世纪，当前，生物检测技术的方法和理论，经过多年的实践，逐步发展成熟。目前生物检测技术的一些已经被正式运用到了不同的生物学检测领域。而生物检测中大量的单分子检测实验都需用到各种孔径大小的纳米孔。

当前，微流道系统主要应用于传感器和生物芯片领域，处于蓬勃发展的阶段。通常需要流道的直径处于5-100纳米，制备的难度较大，成本较高。微流道的制备目前常用的手段是在硅，玻璃，PDMS（聚二甲基硅氧烷）上直接刻蚀出微流道和各种流体部件的图案结构，然后于另一平面键合材料形成MEMS微流体系统。然而现有工艺在加工纳米孔，尤其是100纳米以下的孔的微纳流道方面存在困难。此外，采用石墨稀加工的纳米孔洞通常采用高能电子束，成本较高，实用性较差。普通的拉制玻璃的方法需要采用钨阵，工艺较为复杂，成本较高，也难以获得微纳集成的流道。因此，目前急需开发一种低成本的跨微纳尺度的集成玻璃流道的制备方法。

发明内容

本发明提供一种低成本、方法简单的跨微纳尺度集成流道的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种跨微纳尺度集成流道的制备方法，第一步，在硼硅玻璃微流道之间制备硼硅玻璃隔膜，第二步，对硼硅玻璃隔膜进行热处理使玻璃分相，第三步，采用腐蚀液对硼硅玻璃隔膜进行腐蚀形成纳米孔洞，使得硼硅玻璃微流道之间连通，从而得到跨微纳尺度集成流道。

上述技术方案中，在玻璃微流道上加工玻璃隔膜的方法为：利用两个玻璃流道壁在热成型过程中接触挤压，形成玻璃隔膜。玻璃微流道热成型的方法是：第一步，在硅圆片上刻蚀硅槽流道，第二步，在硅槽流道内放置足量的高温释气剂，第三步，将玻璃圆片与上述硅片键合使得硅槽流道形成密闭空间，第四步，将上述键合圆片加热到玻璃软化温度以上，高温释气剂释放出的气体使得玻璃热成型形成流道。局部热处理的方法为：微流道成型的加热温度为660℃-730℃，使所述硼硅玻璃隔膜分相。采用腐蚀液对隔膜进行腐蚀的方法为：采用盐酸或氢氟酸溶液腐蚀。在硼硅玻璃微流道41、42上分别连接有热成型玻璃泡51、52，在51、52之间形成硼硅玻璃隔膜6。腐蚀纳米孔洞的过程中，用以检测孔洞是否穿透的方法为离子电流检测法。所采用的检测溶液为1M 的NaCl,10mM的Tris，溶液pH值为7.2，检测离子电流所用的电极为Ag/AgCl电极。完成腐蚀纳米孔洞后，采用50mM的NaOH中和腐蚀液1~5s，然后用ddH₂O清洗残留的腐蚀液。所获得的孔径可控制在5~30nm。所获得的跨微纳尺度的集成流道用来进行DNA分子检测或者制备高密度空穴点阵生物芯片载体材料。

本发明获得如下技术效果：

1.本发明通过硼硅玻璃流道在热成型过程中腔壁互相挤压过程中形成厚度为微米至亚微米甚至更薄的硼硅玻璃隔膜(使得后续腐蚀过程更容易)，然后对其进行热处理使硼硅玻璃分相，从而形成几纳米至几十纳米尺度的富硼相，再利用腐蚀液去处富硼相，可以使得玻璃隔膜在最薄处导通，形成纳米尺度的连通孔，而用于形成硼硅玻璃隔膜的流道是微米级，因此形成的是连通有微米流道和纳米流道的跨微纳尺度集成流道。该方法过程简单，不需要特别的设备，成本较低。

2.本发明采用高温释气剂成型，放气过程可控(通过调节温度和温度维持时间)，可以调节玻璃流道的尺寸，从而使得玻璃隔膜的厚度可控。采用高温释气剂避免了刻蚀高深宽比的槽形成玻璃微腔所带来的工艺复杂和高能高成本的问题，而且方法简单、可靠。

3.本发明利用硼硅玻璃在不同温度下其微结构随分相处理时间的变化。随分相过程的进行, SiO₂结构单元的非桥氧之间逐渐脱氧，聚集程度逐渐提高, 富硅相中的BO₃结构与氧结合转变为BO₄结构并进入富钠硼相, 两相成分差逐渐增大, 分相是扩散传质的结果。在较高的分相温度下, 玻璃结构调整较快, 因而更早地接近分相的平衡态。

4.发明通过在硼硅玻璃微流道上分别连接有热成型的球形玻璃泡，然后在之间形成硼硅玻璃隔膜，这种方法更容易控制膜的厚度的大小。其原因在于：球形玻璃泡的尺寸更容易计算和控制大小。通过调节玻璃泡尺寸大小也可以调节玻璃隔膜的厚度。相对于改变玻璃流道的尺寸来控制玻璃隔膜的尺寸更方便。