[发明专利]一种基于纳米结构之间纳米缝隙的微-纳流控芯片及其制备方法

摘要

一种基于纳米结构之间纳米缝隙的微‑纳流控芯片及其制备方法，属于微‑纳流控芯片技术领域。本发明结合传统光刻技术与胶体晶体刻蚀方法，在硅基底表面的选定位置制备几十至几百纳米的纳米结构阵列，利用纳米结构之间的纳米缝隙作为纳米通道，用以连接微孔道，形成微‑纳流控芯片。本发明通过改变刻蚀的条件以及所用微球的尺寸，可以精确地调控所制备纳米缝隙及孔道的尺寸。适用于PDMS‑硅、玻璃‑硅、PDMS‑玻璃等材质的微‑纳流控芯片的制备。用本方法制备的纳米孔道中，纳米结构本身具有很大的表面积，使得制备的纳米孔道的表面‑体积比与传统纳米孔道相比得到很大的提高，有利于对孔道表面进一步的修饰，从而进一步赋予不同的功能。

主权项

1.一种基于纳米结构之间纳米缝隙的微-纳流控芯片的制备方法，其步骤如下：1)硅基片的清洗与亲水化处理：将硅基片置于丙酮中超声清洗5～15min，再用无水乙醇超声清洗5～15min，之后用去离子水清洗5～15min；随后用酸性氧化处理液煮沸处理30～60min，再用去离子水清洗至无酸液残留，存放于去离子水中待用；2)在步骤1)所得的硅基片的一侧表面旋涂一层正性光刻胶，随后将旋涂正性光刻胶的硅基片置于中间区域透光的光刻掩模版下用紫外灯曝光50～70s，再将硅基片置于显影液中浸泡10～25s，使选定区域的硅基底裸露出来，得到光刻胶图案化硅基片；3)将步骤2)所得的光刻胶图案化硅基片置于氧气等离子体清洗机中清洗3～10min，使裸露出来的硅基底和光刻胶表面亲水化，得到亲水化处理的光刻胶图案化硅基片；将质量分数为3～8％的PS微球的水-乙醇混合液在15～30℃、功率80～120W条件下超声30～80min，再以1～4μL min-1的速度用注射泵挤到装有去离子水的培养皿中，通过滴加质量分数为1～3％的十二烷基硫酸钠水溶液在去离子水表面得到单层紧密排列的PS微球；用亲水化处理的光刻胶图案化硅基片揭起单层紧密排列的PS微球，倾斜放置在滤纸上至水分挥发完毕，得到表面含有单层紧密排列的PS微球的光刻胶图案化硅基片；经过此步骤，在裸露出来的硅基底和光刻胶膜上均排布有单层紧密排列的PS微球；4)将步骤3)得到的表面含有单层紧密排列的PS微球的光刻胶图案化硅基片置于等离子体刻蚀机中，用氧气等离子体刻蚀5～20min，经过此步骤后单层排列的PS微球的直径变小，微球间的距离增加，得到单层非紧密排列的PS微球；之后再用SF6/CHF3等离子体刻蚀0.5～10min；此过程以单层非紧密排列的PS微球为掩版，刻蚀PS微球下面的硅基底，将刻蚀后的硅基片置于无水乙醇中超声清洗5～10min，再用甲苯超声清洗5～10min，用丙酮超声清洗5～10min，用乙醇冲洗并用氮气吹干，彻底除去表面残留的聚合物，得到选定区域具有纳米结构的硅基片；经过此步骤后得到宽度(S2)为200～700nm，深度(H)为90～800nm的纳米缝隙；5)将PDMS预聚体与固化剂按质量比为10：0.7～1.3的比例混合均匀，真空脱气20～40min后，倾倒至微流体孔道模板表面，在40～100℃条件下固化3～12h，随后揭起，得到带有微流体孔道的PDMS，并用打孔机对准微流体孔道的进出口位置进行打孔，作为样品储液池或进出口；将所得到的带有微流体孔道的PDMS与步骤4)中制备的选定区域具有纳米结构的硅基片在氧气等离子体清洗机中清洗1～10min，然后将硅基片上的纳米结构和PDMS上的微流体孔道对准，将纳米结构和微流体孔道相对放置后压到一起，静置10～120min得到PDMS-硅材质的微-纳流控芯片。