一种基于碳纳米管通道的纳流控芯片加工方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术完整性好、制作效率高。本发明专利技术完整性好、制作效率高。本发明专利技术完整性好、制作效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳纳米管通道的纳流控芯片加工方法


[0001]本专利技术涉及纳流控芯片加工
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]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。本专利技术采用的技术手段如下：
[0005]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：
[0006]S1、在除水的基底上旋涂一薄层光刻胶并加热使其固化；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]S6、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。
[0012]进一步地，所述步骤S1中，基底为可提供平整且稳定的表面特征的材料，包括玻璃材质、硅基材质、二氧化硅，所述的除水过程可采用常压下加热至140～160℃并保持25～35分钟实现。
[0013]进一步地，所述步骤S2具体包括如下步骤：首先从碳纳米管束阵列中分离出一薄层碳纳米管，并将该层碳纳米管转移至一层柔性聚二甲基硅氧烷平板(Polydimethylsiloxane，PDMS)表面，而后将粘有碳纳米管的PDMS贴附在薄层光刻胶的预定位置，排除贴附过程中引入的气泡，将基底进行加热使光刻胶融化，而后将基底冷却至室温，去除PDMS层，完成碳纳米管的转移。
[0014]进一步地，所采用的PDMS为杨氏模量较低的PDMS且表面具有一定粘性，采用的PDMS通过本体和固化剂比例为10:1～15:1的液态混合物在70～80℃条件下加热约2小时获得。
[0015]进一步地，所采用的碳纳米管为单根碳纳米管或者碳纳米管阵列薄膜，碳纳米管阵列薄膜的厚度小于1μm；单根碳纳米管或者碳纳米管阵列薄膜可通过粘性胶带多次粘贴和分离获得。
[0016]进一步地，所述S3中的光刻胶为正胶或负胶，且应与S1中所选光刻胶为同一种类光刻胶，所旋涂的光刻胶的厚度大于碳纳米管薄膜的厚度，将碳纳米嵌入其中。
[0017]进一步地，所述步骤S4具体包括如下步骤：光刻过程所采用的光刻掩膜应该根据步骤S1和S3中所采用的光刻胶进行设计；光刻显影后，设计的碳纳米管流道部分应嵌入光刻胶中，其它部分应暴露在通道中。
[0018]进一步地，所述步骤S5，将PDMS本体和固化剂的比例为10:1～15:1的液态混合物浇筑在S4所述的微流通道中，进行真空除气，将暴露在通道中的碳纳米管完全嵌入PDMS中，PDMS固化后将PDMS剥离实现碳纳米管的机械剪切，获得碳纳米管微纳流控系统基底。
[0019]进一步地，所述步骤S6键合过程中采用光学透明的粘合膜和等离子体处理方法；具体地，将一块PDMS平板进行等离子表面处理后并将一层聚丙烯酸粘合膜贴附在在其表面，而后在相应的位置打孔，为微流通道提供样品池，而后将该PDMS平板和S5所述的碳纳米管微纳流控系统基底一同进行等离子体氧化处理，通过将PDMS平板基底和碳纳米管微纳流控系统基底进行对准贴合实现基于碳纳米管通道的纳流控芯片的加工。
[0020]进一步地，所述的碳纳米管的内径在纳米数量级，使得加工的纳流控芯片能够实
现分子级别的物质可控操作检测，同时使用超长的碳纳米管可实现平面上复杂纳流控系统的构建。
[0021]本专利技术具有以下优点：
[0022]1、完整性好。本专利技术采用的机械剪切力包裹切割碳纳米管的方法，不会破坏通道中碳纳米管的结构，实现了碳纳米管通道完整性。
[0023]2、制作效率高。相对于常用的等离子体切割碳纳米管的工艺，本专利技术所使用的工艺一次可以完成整个芯片所有碳纳米管的切割(剪切效率近100％)，具有更高的切割效率。
[0024]3、经济性好。本专利技术采用的方法在保证了通道功能的情况下，实现了更低成本的碳纳米管通道的切割，制备过程简单，对高端设备要求少，在实际应用中更易操作和普及。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳纳米管通道的纳流控芯片加工方法，其特征在于，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；S6、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。2.根据权利要求1所述的基于碳纳米管通道的纳流控芯片加工方法，其特征在于，所述步骤S1中，基底为可提供平整且稳定的表面特征的材料，包括玻璃材质、硅基材质、二氧化硅，所述的除水过程可采用常压下加热至140～160℃并保持25～35分钟实现。3.根据权利要求1所述的基于碳纳米管通道的纳流控芯片加工方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：首先从碳纳米管束阵列中分离出一薄层碳纳米管，并将该层碳纳米管转移至一层柔性聚二甲基硅氧烷平板表面，即PDMS平板表面，而后将粘有碳纳米管的PDMS贴附在薄层光刻胶的预定位置，排除贴附过程中引入的气泡，将基底进行加热使光刻胶融化，而后将基底冷却至室温，去除PDMS层，完成碳纳米管的转移；步骤S2的热释法转移能够拓展用于其它低维纳米材料，包括石墨烯、氧化石墨烯、MoS2、TiO2在内的操作、转移和纳流控芯片制作。4.根据权利要求3所述的基于碳纳米管通道的纳流控芯片加工方法，其特征在于，所采用的PDMS为杨氏模量较低的PDMS且表面具有一定粘性，采用的PDMS通过本体和固化剂的比例为10:1～20:1的液态混合物在70～80℃条件下加热预设时间获得。5.根据权利要求2或3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭冉，李橦，王贺嘉，宋永欣，徐敏义，潘新祥，李冬青，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：