納流控二極管及其制作方法技術

本發明專利技術公開了一種納流控二極管，其包括納米管道，所述納米管道的管壁至少部分是由PDMS材料形成，所述PDMS材料的兩端不對稱的修飾有帶電基團。本發明專利技術還提供了該納流控二極管的制備方法，其主要是,首先應用光刻工藝和刻蝕工藝加工形成具有該納流控二極管結構的襯底；然后將該襯底與PDMS材料層通過不可逆鍵合形成納米管道，最后在納米管道的PDMS材料的兩端不對稱的帶電基團。與現有技術相比，本發明專利技術提供的納流控二極管結構簡單，制作過程簡便、成本低廉、重現性高、可反復使用、高離子強度溶液中整流效果好。?

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及納米加工
，具體的說，涉及一種。
技術介紹
隨科技不斷發展，人們已經從微流控領域進入更低尺度的納流控領域，實現在納米管道內流體控制，最典型的器件就是納流控二極管。在生物體中有很多納米孔道，比如細胞膜上的水通道、離子通道和核孔復合體，它們控制通過其內部的帶電粒子來實現細胞的能量轉換、細胞膜電位的調控、以及選擇性物質轉運。人工模擬生物體而制造的納米管道具有高穩定性、可控的孔徑和長度、可調節的表面性質、以及便于嵌入器件和組成陣列等優點。人工制造的納米通道通常有較高的長寬比和寬高比，一般的分類認為，當有一個維度達到納米級別時，既可以成為納米管道。 在納米管道內，分子、離子等主要受到靜電力、范德華力、氫鍵、Pauli斥力的作用。如果管壁帶有電荷，管內部的電解液內將會形成雙電層。雙電層的厚度與溶液中的離子強度有關，對于單價離子，當濃度從I到10_5 mol/T1，雙電層厚度可以從3埃到100納米。通過控制孔徑和離子強度，可以改變管道內由雙電層影響的電場分布，從而控制通過管道的帶電粒子的種類和數量，實現離子分離、檢測、能量轉換和存儲。還通過納米管道的不對稱化來控制陰陽離子在其內部的傳輸方向，常用的方法有不對稱的表面修飾基團、幾何結構、材料表面電荷和金屬柵電極等。控制納米管道內的離子電流不僅可以用來研制高靈敏度的傳感器，還可以在電子電流和離子電流間進行轉換，更有可能實現電子器件和生命體的信號傳遞。有文獻報道對納米管道的兩端進行不對稱的化學修飾，分別修飾上帶有正電荷和負電荷的基團，不同的帶電基團影響納米管道兩端的正負離子分布，從而得到納流控二極管(Nano Letters，2007，547-551)。另有文獻報道納米管道是由兩種不同材料連接起來的，兩種材料的表面電荷不同，也能夠造成內部離子分布不同，得到納流控二極管(NanoLetters, 2009, 3820-3825)。但是這些納流控二極管的制備過程復雜，制作成本高，不利于大批量制造。
技術實現思路
針對上述提到的現有技術存在的問題，本專利技術提供了一種納流控二極管，并且提供了該納流控二極管的制備方法，本專利技術提供的納流控二極管結構簡單，制作過程簡便、成本低廉、重現性高、可反復使用、高離子強度溶液中整流效果好。為了實現上述的目的，本專利技術提供了如下的技術方案 一種納流控二極管，包括納米管道，所述納米管道的管壁至少部分是由PDMS材料形成，所述PDMS材料的兩端不對稱的修飾有帶電基團。優選的，所述納流控二極管包括不可逆鍵合形成的PDMS材料層和襯底，所述襯底為玻璃襯底或二氧化硅襯底。具體的，所述納米管道凹陷形成于所述襯底上，所述PDMS材料層覆蓋納米管道的上部開口 ；或者是，所述納米管道凹陷形成于所述PDMS材料層上，所述襯底覆蓋納米管道的上部開口。優選的，所述納流控二極管包括不可逆鍵合形成的第一 PDMS材料層與第二 PDMS材料層；所述納米管道凹陷形成于第一PDMS材料層上，所述第二 PDMS材料層覆蓋納米管道的上部開口。具體的，前述帶電基團選自水合肼、甲胺水溶液、乙胺水溶液、二異丙基胺水溶液和三乙胺乙醇溶劑中的任意一種或多種。本專利技術提供了一種前述的納流控二極管的制備方法，它包括以下的步驟 Ca)制作具有納米管道結構的襯底； (b)制作PDMS材料層； (C)將所述PDMS材料層與襯底進行不可逆鍵合； Cd)在納米管道的PDMS材料的兩端不對稱的修飾帶電基團，得到納流控二極管。本專利技術提供了另一種前述的納流控二極管的制備方法，它包括以下的步驟 Ca)制作具有納米管道結構的PDMS材料層； (b)將所述PDMS材料層與襯底進行不可逆鍵合； (c)在納米管道的PDMS材料的兩端不對稱的修飾帶電基團，得到納流控二極管。具體的，前述的制作具有納米管道結構的PDMS材料層的步驟具體為 首先，制作具有納米管道結構的襯底； 然后，在具有納米管道結構的襯底上形成具有與納米管道反結構的PDMS材料并將其剝尚; 最后，在具有與納米管道反結構的PDMS材料上形成具有納米管道的PDMS材料層。本專利技術提供了又一種前述的納流控二極管的制備方法，它包括以下的步驟 Ca)制作具有納米管道結構的第一 PDMS材料層； (b)制作第二PDMS材料層； (c)將第一PDMS材料層與第二 PDMS材料層進行不可逆鍵合； Cd)在納米管道的PDMS材料的兩端不對稱的修飾帶電基團，得到納流控二極管。本專利技術以PDMS為關鍵材料，通過用水合肼、甲胺水溶液、乙胺水溶液、二異丙基胺水溶液和三乙胺乙醇溶液中的任意一種或兩種以上組合的帶電基團溶劑對納米管道的一端進行修飾，利用溶質分子在PDMS材料內滲透產生的濃度差，使PDMS材料層的兩側具有不對稱修飾的結構，到得納流控二極管。與現有技術相比，本專利技術提供的納流控二極管結構簡單，制作過程簡便、成本低廉、重現性高、可反復使用、高離子強度溶液中整流效果好。附圖說明為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本專利技術具體實施例提供的一種納流控二極管的結構示意圖；圖2-a至2-1為本專利技術具體實施例的納流控二極管的制作流程示意 圖3為本專利技術實施例I制作的納流控二極管內部離子電流整流效果的電流-電壓圖。具體實施例方式如前所述，為了克服現有技術存在的問題，提供了一種納流控二極管，包括納米管道8，所述納米管道的管壁至少部分是由PDMS (聚二甲基硅氧烷)材料形成，所述PDMS材料的兩端不對稱的修飾有帶電基團。優選的，所述納流控二極管包括不可逆鍵合形成的PDMS材料層和襯底，所述襯底為玻璃襯底或二氧化硅襯底。具體的，所述納米管道凹陷形成于所述襯底上，所述PDMS材料層覆蓋納米管道的上部開口(如圖2-j);或者是，所述納米管道凹陷形成于所述PDMS材料層上，所述襯底覆 蓋納米管道的上部開口(如圖2-k)。優選的，所述納流控二極管包括不可逆鍵合形成的第一 PDMS材料層與第二 PDMS材料層；所述納米管道凹陷形成于第一 PDMS材料層上，所述第二 PDMS材料層覆蓋納米管道的上部開口(如圖2-1)。具體的，前述帶電基團選自水合肼、甲胺水溶液、乙胺水溶液、二異丙基胺水溶液和三乙胺乙醇溶劑中的任意一種或多種。下面將結合附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行詳細的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。實施例1，該納流控二極管的制備步驟如下 1、將設計完成的納流控二極管結構制成光刻掩膜版3(如圖2-a)，其中掩膜版上納流控二極管線條寬2Mm、長IOOMm ;在平整的玻璃或二氧化硅襯底I上，涂覆I. 5Mm厚光刻膠2，經過前烘、曝光、顯影、堅膜等步驟后，將光刻掩膜版3上的圖形光刻到襯底I上(如圖2-b);然后應用反應離子束刻蝕工藝將曝光部分刻蝕成IOOnm納米深度的溝道(如圖2-c);本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納流控二極管，包括納米管道，其特征在于：所述納米管道的管壁至少部分是由PDMS材料形成，所述PDMS材料的兩端不對稱的修飾有帶電基團。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：葛軍，盧威，陳立桅，
申請(專利權)人：中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所，
類型：發明
國別省市：