[发明专利]一种基于碳纳米管通道的纳流控芯片加工方法

说明书

本发明提供一种基于碳纳米管通道的纳流控芯片加工方法。包括：在除水的基底上旋涂一薄层光刻胶并加热使其固化；将碳纳米管薄层通过热释法转移至光刻胶薄层表面的预定位置；在光刻胶薄层表面旋涂另一层光刻胶将碳纳米管嵌入其中；加热使光刻胶溶剂挥发，之后进行光刻操作，在基底上加工开式微米通道系统，光刻操作后碳纳米管部分暴露在微流通道中；将通道中倒入液态PDMS将暴露在通道中的碳纳米管嵌入PDMS，将PDMS固化并剥离，获得带有碳纳米管通道的纳流控芯片基底；对PDMS表面进行等离子氧化处理，将其和S5中所述碳纳米管通道的纳流控芯片基底进行等离子表面氧化处理，最终进行芯片键合，获得基于碳纳米管构建的纳流控芯片。本发明完整性好、制作效率高。

技术领域

本发明涉及纳流控芯片加工技术领域，尤其涉及一种基于碳纳米管通道等低维材料的纳流控芯片加工方法。

背景技术

纳流控技术是研究尺度分子、离子、颗粒等物质在纳米尺度空间(1～100nm)的传输、操控和应用的科学。纳流控技术的发展关键在于纳流控芯片的加工，其中包括构建纳米尺度流体控制系统。碳纳米管内径可控(几十纳米至几纳米)且与分子的尺寸相当，这为检测和操纵单个纳米尺寸的物体，如阳离子、脱氧核糖核酸、有机小分子和固体纳米粒子提供了一个极好的平台。碳纳米管的均匀性可有效促进了纳米空间特有的传输机制，如碳纳米管的超疏水内表面和纳米管中水的特殊相变而导致的分子超快传输；其TPa级的杨氏模量和高化学惰性可有效防止其在应用过程中发生机械变形和化学变质；此外，通过化学气相沉积等方法合成超长碳纳米管比制备其它纳米孔的生产效率高，成本低；和生物纳米孔对温度、酸碱度和盐浓度比较敏感相比，基于碳纳米管的纳流控器件更加稳定；最后碳纳米管孔的化学性质可以通过共价或非共价分子键合来改变，特别是对碳纳米管端的修饰可以用来监测特定的目标。基于这些优点，越来越多的研究聚焦于基于碳纳米管的纳流控装置的研究。

已经报道的具有单个碳纳米管或多个碳纳米管作为流体通道的纳米流体装置，这些系统大致可以分为两个方向，即垂直型碳纳米管通道和水平型碳纳米管通道。制作垂直型碳纳米管芯片的路径是将分离的碳纳米管嵌入环氧树脂中并进行切片，这些具有相同纳米孔的切片被进一步安装到独立的膜支架上，以形成最终的装置。这种方式可以一次制造许多相同的芯片，然而这种方式的缺点在于这些芯片不方便进行芯片上集成，而且芯片的入口和出口在通道的两侧，芯片呈立体型，不便操作；制造垂直碳纳米管通道的另一种方法是将分散良好的超短碳纳米管插入脂质膜中，但是超声辅助切割过程会破坏碳纳米管壁的完整性，并且使得脂质层的机械稳定性不如固态器件和环氧树脂芯片。一种基于平面型的碳纳米管纳流控器件的开发，在制造过程中将碳纳米管水平定位在衬底上，并旋涂一层光刻胶将其覆盖，而后通过电子束进行光刻，但该方法需要随后通过高功率等离子体对碳纳米管进行剪切，然而等离子体切割碳纳米管或去除碳纳米管盖的效率并不高，尤其对于多壁碳纳米管来说，剪切效果较差。同时，以上基于碳纳米管构建的纳米流体芯片虽然可以同时进行光学和电学探测，但上述大多数芯片不是光学透明，不便于特种场合下光学测试需求。基于上述加工方法在技术上的不足，本专利提出了一种利用热转移法结合机械剪切方案进行平面布置碳纳米管纳流控芯片加工的新方法。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于碳纳米管通道的纳流控芯片加工方法。本发明采用的技术手段如下：

一种基于碳纳米管通道的纳流控芯片加工方法，包括如下步骤：

S1、在除水的基底上旋涂一薄层光刻胶并加热使其固化；

S2、将碳纳米管薄层通过热释法转移至光刻胶薄层表面的预定位置；

S3、在光刻胶薄层表面旋涂另一层光刻胶将碳纳米管嵌入其中；

S4、加热使光刻胶溶剂挥发，之后进行光刻操作，在基底上加工开式微米通道系统，光刻操作后碳纳米管部分暴露在微流通道中；

S5、将通道中倒入液态PDMS将暴露在通道中的碳纳米管嵌入PDMS，将PDMS固化并剥离，获得带有碳纳米管通道的纳流控芯片基底；