用于微纳尺度物质投送及提取的中空悬臂探针的制作方法

本发明涉及的是一种微纳米领域的技术，具体是一种用于微纳尺度物质投送及提取的中空悬臂探针，实现微纳尺度的物质投送及提取。

背景技术：

原子力显微镜(atomicforcemicroscope，afm)作为物体表面结构的分析仪器，依靠微型力敏元件与样品表面发生原子级的相互作用，并通过传感器将之转化为可检测与处理的电信号，实现了对样品表面形貌及性质的观测；其分辨率可精至纳米级、能提供三维表面图、且不要求真空的实验环境或对样品做特殊处理，已在生物技术、转化医学等工业与研究领域得到广泛应用。原子力显微镜的核心部分是其作为力敏元件的悬臂梁与探针，此部分亦决定了机器整体的使用性能及具体工作模式。

微电子机械系统(microelectromechanicalsystem，mems)是微电子技术与微加工技术的结合，在微纳尺度上制作与加工机械结构；其成熟的体微机械加工技术可选择性地以腐蚀剂去除衬底、取得具有特定形貌的微机械元件，从其面向的尺度及适用的材料上来说都是制作原子力显微镜悬臂梁与探针部分的理想工艺。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于微纳尺度物质投送及提取的中空悬臂探针，以mems技术对传统悬臂梁与探针施以恰当改造，则可取得具有物质投送及提取功能的新结构，即将带有输送通道的悬臂梁与探针的组合结构“中空悬臂探针”。本发明通过与试样表面相吸引或排斥而反映出试样的表面形貌信息，简言之即观测；为了在既有原子力显微镜观测功能的基础上实现相应尺度的物质投送及提取。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种中空悬臂探针的制备方法，通过在基底表面通过各向异性腐蚀得到带有悬臂梁的四棱锥形凹洞，然后将一覆盖层置于凹洞上方并进行低温氧化沉积，最后去除凹洞底部多余基底并以光刻蚀工艺弭去凹洞洞口及悬臂梁另一端，得到中空悬臂探针。

所述的各向异性腐蚀，具体是指：在基底表面以反应离子刻蚀(rie)工艺蚀去传统探针的悬臂梁轮廓，在此轮廓一端附近利用koh的各向异性腐蚀产生一个四棱锥形凹洞。

所述的覆盖层的下表面与基底的上表面的间距，即两者不相接触且最近距离为1微米。

所述的覆盖层采用但不限于硅片。

所述的基底采用但不限于硅片。

所述的去除采用单不限于以卤素气体(f2或cl2气体)将多余基底除去。

本发明涉及上述方法制备得到的中空悬臂探针，为扁立方体结构，由漏斗状的探针和管状的悬臂梁组成，其中：悬臂梁与探针内部中空且相连通以输送物质。

所述的中空悬臂探针中梁的部分边长为～80μm长×～10μm宽×～2μm厚，内径为与外径的长宽差异在整体尺度上可以忽略，腔体厚度约1μm，针尖口径为～500nm。

本发明涉及上述方法制备得到的中空悬臂探针的应用，以悬臂梁的一端为始端、探针的针尖开口一端为末端，通过在始端施加正压或负压，实现从末端吸入或投送物质至试样表面。

技术效果

与现有技术相比，本发明实现了与结构尺度相当的物质转移，故不仅可在分子或分子团层面上进行投送及提取，亦可随研究需要对生物组织进行细胞与亚细胞层面的操作。对悬臂梁与探针的优化设计及改良制作将拓展相关研究的能力范围，并为更大图景的系统研究提供基础与可能。

附图说明

图1为本发明工艺示意图；

图中：a～f为本发明相应工序；

图2为实施例效果示意图。

具体实施方式

本实施例包括以下步骤：

1)在硅片表面以反应离子刻蚀(rie)工艺蚀去传统探针的悬臂梁轮廓，在此轮廓一端附近利用koh的各向异性腐蚀产生一个四棱锥形凹洞；

2)另取一硅片倒覆其上，控制两硅片表面间距于1微米左右；

3)以栅氧化工艺在硅片表面形成氧化生长层，此过程中悬臂梁倒模轮廓的边缘亦将与顶层硅片以生长出的氧化层相连接；

所述的栅氧化工艺，具体包括以下步骤：

3.1)预清洗：o2和hcl混合气体氛的氧化炉腔以1100℃保持1小时，后以n2吹扫，降温至800℃；

3.2)装载：在o2和n2的混合气体氛中将试样装入氧化炉腔；

3.3)氧化：在o2和hcl的混合气体氛中以1000℃进行氧化，生长sio2；

3.4)退火：在n2气体氛中以1050℃退火；

3.5)冷却：停止加热与保温，待腔内温度降至800℃以下取出试样。

4)以卤素气体(f2气体或cl2气体)将硅单质基底除去；

5)以光刻蚀工艺弭去针尖及悬臂梁尾部，得到中空悬臂探针。

所述的光刻蚀工艺，具体包括以下步骤：

5.1)涂胶：正胶；

5.2)前烘：80℃热板4小时；

5.3)曝光：2小时30分钟；

5.4)显影：3分钟；

5.5)后烘：90℃烘箱5小时；

5.6)刻蚀；

5.7)去胶。

如图2所示，本实施例制备得到的悬臂探针为扁立方体结构，其中梁的部分边长为～80μm长×～10μm宽×～2μm厚，内径为与外径的长宽差异在整体尺度上可以忽略，腔体厚度约1μm，针尖口径为～500nm；漏斗状的探针与管状的悬臂梁共同组成新的悬臂探针，其中空的结构可满足物质输送的需要。以此中空悬臂探针的悬臂开口处为始端、探针的针尖开口处为末端，始端注以具有一定压力且不与物料反应的液体或气体，便可通过控制此压力将末端附近试样表面的物质吸入、或将腔内的物料通过末端投送至试样表面。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

技术特征：

技术总结
一种用于微纳尺度物质投送及提取的中空悬臂探针，中空悬臂探针，为扁立方体结构，由漏斗状的探针和管状的悬臂梁组成，其中：悬臂梁与探针内部中空且相连通以输送物质，即以悬臂梁的一端为始端、探针的针尖开口一端为末端，通过在始端施加正压或负压，实现从末端吸入或投送物质至试样表面。本发明以MEMS技术对传统悬臂梁与探针施以恰当改造，则可取得具有物质投送及提取功能的新结构，即将带有输送通道的悬臂梁与探针的组合结构“中空悬臂探针”。本发明通过与试样表面相吸引或排斥而反映出试样的表面形貌信息。

技术研发人员：宋杰;齐岱宗
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2017.11.13
技术公布日：2018.04.06