本发明属于无机纳米材料领域，尤其是针对一种超长正交相三氧化钼纳米线在微电极上的高效有序排列形成阵列的操控方法及其离子检测器的制作方法。
背景技术：
介电泳技术是一种新型的有效的操控小分子以及纳米材料的技术，这种技术已由传统的电泳技术成功改进为介电泳技术，相比之下介电泳技术对粒子的收集与分离等方面具有明显的优点，即：将传统介电泳和行波介电泳两种操控方式进行集成，与传统介电泳(dep，dielectrophoresis)相比，行波介电泳无需额外的流体驱动设备，原理上可分离多种粒子、能够实现实时检测、并且容易与微芯片集成结合并加以利用。介电泳技术已经广泛应用于生物分子分离以及无极纳米材料的阵列排列等试验中，并且取得了很大的成效。
从目前的一个发展趋势来看，介电泳技术已经突破了理论性的一关，并不断地进行一个深入化的探究，利用该技术可以有效的将生物小分子分离出来，也可以将纳米材料在有效分散溶剂中移动到指定位置。将来这种技术也可以扩大到各种领域并加以运用。这种操控技术简单有效，设备易于搭建，同时对生物分子以及无机纳米材料的操控具有明显可控性。例如leungsiuling等人运用介电泳的方法来有序排列金纳米颗粒来研究一种热传感器(goldnano-particle-basedthermalsensorsfabricatedusingmicrospottinganddeptechniques.《sensorsandactuatorsa:physical》,178：32-39(2012))，而这种操控方法只是针对纳米颗粒的一种持续排列，liulu等人运用了这种技术对碳纳米管进行了一种排列，并测试了这种碳纳米管阵列的ph传感性能(highperformanceflexiblephsensorbasedoncarboxyl-functionalizedanddepalignedswnts.《appliedsurfacescience》，386：405-411(2016))，这种碳纳米管的有效长度并不能直接搭建在电极两端，同时还需要持续的研究碳纳米管的一种排列效果，最终结果也稍显冗杂。因此需要一种合理且有效的实施办法来弥补这一不足之处。
技术实现要素：
基于介电泳技术分离细胞以及小的无机纳米材料的现状，本发明的目的为提供一种有序排列超长纳米线的操控手段，并尝试运用这一技术制作离子探测器来提高检测效率。既解决了纳米线长短不一交乱排列在电极间的冗杂问题，也提高并优化了纳米线在微电极上组装的稳定性。同时结合微通道等新型芯片实验室来对不同离子进行一个敏感型探测。本发明既可应用在微通道中形成有效阵列检测不同离子浓度，也可用于在在氢气敏感元件的制备之中，能够有效提高氢气传感的性能。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种基于超长氧化钼纳米线阵列排列的操控方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，超长氧化钼纳米线的制备：
采用传统水热合成工艺，采用二水合钼酸钠与硝酸180～220℃的高温高压下水热合成，首先在聚四氟乙烯反应釜中加入去离子水，使水的体积占反应釜体积60％～80％，加入磁子，放在磁力搅拌器上进行搅拌，然后将二水合钼酸钠与浓硝酸按照摩尔比为8：1～10：1的量加入反应釜中混合搅拌30～60min，最后在外面套上金属反应釜并置于水热烘箱中在180～220℃保温8～12h，最后用去离子水重复洗涤样品并烘干，得到外观为白色粉末状的氧化钼纳米线。
步骤2，电极的制备：
将石英玻璃片经清洗、烘干后，在其上采用光刻法制作出钛/铂微电极，设计掩模版电极长度为10mm，两电极之间的间距为10μm。
步骤3，介电泳对超长纳米线的排列：
3.1)介电泳实验仪器的准备：采用pc电脑一台、ccd、光学显微镜、探针基座、功率发生器、功率放大器，将pc电脑与ccd和光学显微镜连在一起构成一个实时观测装置，将功率发生器与功率放大器连接在一起构成输出源，在对纳米线进行操控时直接将输出源连接到探针基座上提供输出。
3.2)称取适量三氧化钼纳米线粉末并加入去离子水得到一定浓度的氧化钼纳米线分散液，并超声让分散液充分均匀；
3.3)取8～10μl步骤3.2)得到的氧化钼纳米线分散液，使用移液器滴于步骤2得到的电极中央，采用功率发生器和功率放大器外加电场210～300s，并采用适当的介电参数操控，最后将电极置于洁净培养皿之中待水滴自然蒸干，并置于退火炉中进行退火加强纳米线与电极的连接性，得到有序排列的氧化钼纳米线阵列。
进一步地，所述步骤3.2)中的氧化钼纳米线粉末与去离子水混合生成的氧化钼纳米线分散液浓度为5×10-5～2×10-4mol/l。
进一步地，所述步骤3.2)中的超声时间为5～10min。
进一步地，所述步骤3.3)中采用功率发生器和功率放大器外加电场的时间为150～300s。
进一步地，所述步骤3.3)中采用的介电参数为1～7v的不同梯度交流电压，1～10khz的不同梯度交流频率。
进一步地，所述步骤3.3)中置于退火炉中进行退火的温度范围为200～300℃。
一种采用上述超长氧化钼纳米线阵列的离子检测器的制作方法，其特征在于，还包括如下步骤：
步骤4：微通道的设计与制备：
4.1)基片清洗：取厚为20×20×2mm石英玻璃片依次放入丙酮、乙醇、去离子水中分别超声清洗20～30min，超声完后倒掉最后的去离子水，加入乙醇；
4.2)光刻制作微通道母版：取洗净后的石英玻璃片用氮气吹干后放在烘台上在90～110℃烘烤5～8min，取下后冷却5～10min，在匀胶机上涂上su-8光刻胶，其中匀胶机转速为以850～950rpm转40s，涂完胶后在烘台上以65～80℃烘烤20～25min后升温到100～120℃烘烤120～140min，取下再冷却10～12min左右，取提前设计好的微流通道掩膜板在光刻机上曝光18～20s，其中微流通道掩膜板的干流通道的宽度为200μm，腔体为直径为4mm的圆柱形，曝光完后再在烘台上以65～80℃烘烤20～25min后升温到85～100℃烘烤50～60min，然后冷却10～12min在显影液中显影5～15min，取出后用异丙醇冲洗氮气吹干，最后在烘台上以120～135℃坚膜120～140min来增强光刻胶的连接性。
步骤5：器件组装：
取前面做上电极并经过dep进行阵列排列纳米线的电极并用棉签擦去电极以外部分的纳米线，并在200～300℃高温空气退火以加强纳米线结晶性和与电极之间的连接性，取前面做好的pdms微流通道一起放在等离子体清洗仪之中，打开真空泵，旋紧排气旋钮，待粉红光出现后开始计时，2～4分钟后取出后根据基片与pdms通道上的十字对准标识对准贴合后压紧并保持12～24h使基片与pdms永久键合在一起。
本发明所达到的目的与有益效果是：
(1)将一种超长纳米线单根批量引入电极两端，从而减少多根纳米线相接带来的晶界接触问题从而影响检测效率；
(2)同时操控多根纳米线分别排列在电极两端形成阵列，从而促进了纳米材料对气敏性以及其他生物方面的应用效率；
(3)可根据不同的电极形状来操控出不同排列的纳米线阵列，来达到需求；
(4)加以微通道的应用，使整个装置在生物探测方面提高了很大的可抗干扰性。
(5)制备出来的超长moo3纳米线从纳米到微米甚至毫米分别均为可控，并且所制的纳米线直径相对均匀，这为在介电泳技术的运用上提供了极大的便利，同时其超长的纳米线也为在不同电极间距的单根搭建提供了可行性。
(6)这种操控技术加强了金属氧化物半导体与金属之间的接触力，即解决了纳米线长短不一交乱排列在电极间的冗杂问题，也提高并优化了纳米线在微电极上组装的稳定性。同时结合微通道等新型芯片实验室来对不同离子进行一个敏感型探测。本发明既可应用在微通道中形成有效阵列检测不同离子浓度，也可用于在在氢气敏感元件的制备之中，能够有效提高氢气传感的性能。
附图说明
附图1是本发明实施例提供的氧化钼纳米线的扫瞄式电子显微镜示意图；
附图2是本发明中所设计的电极掩膜板图(左)及通过该掩膜板做成电极后的实物图(右)；
附图3是本发明中介电泳操控超长氧化钼纳米线的测试装置图；
附图4是本发明中对纳米线操控结果的扫瞄式电子显微镜示意图；
附图5是本发明中不同分散液浓度对电极之间纳米线阵列排列的影响的扫瞄式电子显微镜示意图；
附图6是本发明中不同交流电压对电极之间纳米线阵列排列的影响的扫瞄式电子显微镜示意图；
附图7是本发明中不同交流频率对电极之间纳米线阵列排列的影响的扫瞄式电子显微镜示意图；
附图8是本发明中所用到的微通道掩模版形状(左)，制作后的器件实物图(中)以及图形三维示意图(右)；
附图9是本发明中用于探测离子的器件检测空白对照组与样品组的电导图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
实施例1：
步骤1：超长氧化钼纳米线的制备：
采用水热合成工艺，用二水合钼酸钠与硝酸180℃的高温高压下水热合成，首先在50ml的聚四氟乙烯反应釜中加入32.75ml去离子水，加入磁子，放在磁力搅拌器上进行搅拌，取2.4196g(0.01mol)的二水合钼酸钠置于反应釜中，并加入6.25ml(0.1mol)的浓硝酸，使二水合钼酸钠与浓硝酸的摩尔比为10：1，混合加入反应釜中混合搅拌30min，取出磁子，套上金属反应釜并置于水热烘箱中180℃保温12h，最后用去离子水重复洗涤样品，得到外观为白色粉末状的氧化钼纳米线。
步骤2：电极的制备：
2.1)基片清洗：将长宽均为15mm，厚度为2mm的石英玻璃片依次放入丙酮、酒精、去离子水中常温下各超声清洗30min，超声完后倒掉最后的去离子水，用氮气吹干后放入烘箱中70℃烘干30min，放入干净的培养皿中保存；
石英玻璃是目前市场上销售的产品；
石英玻璃清洗所使用的清洗剂是分析纯丙酮、分析纯无水乙醇和去离子水；
超声清洗所使用的超声仪是目前市场上销售的产品；
2.2)光刻工艺：取洗净后的石英玻璃片放入乙醇中浸数秒后，用氮气吹干后放在烘台上烘烤3-5min，取下后冷却5min左右，在匀胶机上涂上az5214光刻胶，其中匀胶机转速为先以600rpm转6s再以2000rpm转30s，涂完胶后在烘台上烘烤120s，取下再冷却5min左右，再取提前设计好的电极掩膜板在光刻机上曝光3s，其电极的长度为10mm，两电极之间的间距为10μm，曝光完后再在烘台上烘烤90s，然后冷却3min左右，再在无掩膜板的情况下在光刻机上曝光10s，最后在显影液中显影60s，观察以显影完全后再过显10s为原则，取出后用去离子水冲洗氮气吹干后再在烘台上坚膜120s；
实验所用的az5214光刻胶为负胶是市场上所销售的产品；
2.3)溅射工艺：取前面做过光刻的基片在ar气氛与80w溅射功率的条件下采用标准的溅射工艺在表面先溅射25s钛再溅射80s的铂；
本发明采用的直流磁控溅射设备是目前市场上销售的设备；
2.4)光刻胶的剥离：取溅射后的基片浸泡在丙酮中，并在超声机中进行超声去除掉光刻胶以及光刻胶上的一层铂，而没有光刻胶的部分就保留了下来形成电极。
az5214光刻胶是目前市场上销售的产品；
涂胶所用的匀胶机是目前市场上销售的产品；
烘烤所用的烘台是目前市场上销售的产品；
光刻所用的光刻机为美国abm,inc.公司的产品。
步骤3：介电泳对超长纳米线的排列：
3.1)分别称取定量的氧化钼纳米线粉末并分别加入去离子水得到氧化钼纳米线分散液，超声5分钟并搅拌让分散液充分均匀；
3.2)使用移液器滴入定量10μl于电极中央，外加电场300s，结束后将电极置于洁净培养皿之中待水滴自然蒸干，并置于退火炉中200℃退火2h加强纳米线与电极的连接性。
取退火后的器件置于自吸附盒中防止晃动，整个区域纳米线排列状况通过扫瞄式电子显微镜拍摄并记录下来；
采用相同的外加交流电场和交流频率，不同浓度的氧化钼分散液，滴入10μl分散液于电极中央，按照如表1的具体实施参数，得到不同分散液浓度下电极间的纳米线排列情况并在200℃空气退火2h，得到扫描电镜结果如图5；
表1
实施例2：
步骤1：超长氧化钼纳米线的制备：
采用水热合成工艺，用二水合钼酸钠与硝酸200℃的高温高压下水热合成，首先在50ml的聚四氟乙烯反应釜中加入35ml去离子水，加入磁子，放在磁力搅拌器上进行搅拌，取2.4196g(0.01mol)的二水合钼酸钠置于反应釜中，并加入5.6ml(0.09mol)的浓硝酸，使二水合钼酸钠与浓硝酸的摩尔比为9：1，混合加入反应釜中混合搅拌45min，取出磁子，套上金属反应釜并置于水热烘箱中200℃保温10h，最后用去离子水重复洗涤样品，得到外观为白色粉末状的氧化钼纳米线。
步骤2：电极的制备：
2.1)基片清洗：将长宽均为15mm，厚度为2mm的石英玻璃片依次放入丙酮、酒精、去离子水中常温下各超声清洗30min，超声完后倒掉最后的去离子水，用氮气吹干后放入烘箱中70℃烘干30min，放入干净的培养皿中保存；
石英玻璃是目前市场上销售的产品；
石英玻璃清洗所使用的清洗剂是分析纯丙酮、分析纯无水乙醇和去离子水；
超声清洗所使用的超声仪是目前市场上销售的产品；
2.2)光刻工艺：取洗净后的石英玻璃片放入乙醇中浸数秒后，用氮气吹干后放在烘台上在烘烤3-5min，取下后冷却5min左右，在匀胶机上涂上az5214光刻胶，其中匀胶机转速为先以600rpm转6s再以2000rpm转30s，涂完胶后在烘台上烘烤120s，取下再冷却5min左右，再取提前设计好的电极掩膜板在光刻机上曝光3s，其电极的长度为10mm，两电极之间的间距为10μm，曝光完后再在烘台上烘烤90s，然后冷却3min左右，再在无掩膜板的情况下在光刻机上曝光10s，最后在显影液中显影60s，观察以显影完全后再过显10s为原则，取出后用去离子水冲洗氮气吹干后再在烘台上坚膜120s；
实验所用的az5214光刻胶为负胶是市场上所销售的产品；
2.3)溅射工艺：取前面做过光刻的基片在ar气氛与80w溅射功率的条件下采用标准的溅射工艺在表面先溅射25s钛再溅射80s的铂；
本发明采用的直流磁控溅射设备是目前市场上销售的设备；
2.4)光刻胶的剥离：取溅射后的基片浸泡在丙酮中，并在超声机中进行超声去除掉光刻胶以及光刻胶上的一层铂，而没有光刻胶的部分就保留了下来形成电极。
az5214光刻胶是目前市场上销售的产品；
涂胶所用的匀胶机是目前市场上销售的产品；
烘烤所用的烘台是目前市场上销售的产品；
光刻所用的光刻机为美国abm,inc.公司的产品。
步骤3：介电泳对超长纳米线的排列：
3.1)分别称取定量的氧化钼纳米线粉末并分别加入去离子水得到氧化钼纳米线分散液，超声5分钟并搅拌让分散液充分均匀；
3.2)使用移液器滴入定量10μl于电极中央，外加电场300s，结束后将电极置于洁净培养皿之中待水滴自然蒸干，并置于退火炉中250℃退火加强纳米线与电极的连接性。
取退火后的器件置于自吸附盒中防止晃动，整个区域纳米线排列状况通过扫瞄式电子显微镜拍摄并记录下来；
采用相同的外加交流频率和分散液浓度，不同的交流电场，滴入10μl分散液于电极中央，按照如表2的具体实施参数，得到不同交流电压下电极间的纳米线排列情况并在250℃空气退火1.5h，得到扫描电镜结果如图6；
表2
实施例3：
步骤1：超长氧化钼纳米线的制备：
采用水热合成工艺，用二水合钼酸钠与硝酸220℃的高温高压下水热合成，首先在50ml的聚四氟乙烯反应釜中加入38ml去离子水，加入磁子，放在磁力搅拌器上进行搅拌，取2.4196g(0.01mol)的二水合钼酸钠置于反应釜中，并加入5ml(0.08mol)的浓硝酸，使二水合钼酸钠与浓硝酸的摩尔比为8：1加入反应釜中混合搅拌60min，取出磁子，套上金属反应釜并置于水热烘箱中220℃保温8h，最后用去离子水重复洗涤样品，得到外观为白色粉末状的氧化钼纳米线。
步骤2：电极的制备：
2.1)基片清洗：将长宽均为15mm，厚度为2mm的石英玻璃片依次放入丙酮、酒精、去离子水中常温下各超声清洗30min，超声完后倒掉最后的去离子水，用氮气吹干后放入烘箱中70℃烘干30min，放入干净的培养皿中保存；
石英玻璃是目前市场上销售的产品；
石英玻璃清洗所使用的清洗剂是分析纯丙酮、分析纯无水乙醇和去离子水；
超声清洗所使用的超声仪是目前市场上销售的产品；
2.2)光刻工艺：取洗净后的石英玻璃片放入乙醇中浸数秒后，用氮气吹干后放在烘台上在烘烤3-5min，取下后冷却5min左右，在匀胶机上涂上az5214光刻胶，其中匀胶机转速为先以600rpm转6s再以2000rpm转30s，涂完胶后在烘台上烘烤120s，取下再冷却5min左右，再取提前设计好的电极掩膜板在光刻机上曝光3s，其电极的长度为10mm，两电极之间的间距为10μm，曝光完后再在烘台上烘烤90s，然后冷却3min左右，再在无掩膜板的情况下在光刻机上曝光10s，最后在显影液中显影60s，观察以显影完全后再过显10s为原则，取出后用去离子水冲洗氮气吹干后再在烘台上坚膜120s；
实验所用的az5214光刻胶为负胶是市场上所销售的产品；
2.3)溅射工艺：取前面做过光刻的基片在ar气氛与80w溅射功率的条件下采用标准的溅射工艺在表面先溅射25s钛再溅射80s的铂；
本发明采用的直流磁控溅射设备是目前市场上销售的设备；
2.4)光刻胶的剥离：取溅射后的基片浸泡在丙酮中，并在超声机中进行超声去除掉光刻胶以及光刻胶上的一层铂，而没有光刻胶的部分就保留了下来形成电极。
az5214光刻胶是目前市场上销售的产品；
涂胶所用的匀胶机是目前市场上销售的产品；
烘烤所用的烘台是目前市场上销售的产品；
光刻所用的光刻机为美国abm,inc.公司的产品。
步骤3：介电泳对超长纳米线的排列：
3.1)分别称取定量的氧化钼纳米线粉末并分别加入去离子水得到氧化钼纳米线分散液，超声5分钟并搅拌让分散液充分均匀；
3.2)使用移液器滴入定量10μl于电极中央，外加电场300s，结束后将电极置于洁净培养皿之中待水滴自然蒸干，并置于退火炉中300℃退火加强纳米线与电极的连接性。
取退火后的器件置于自吸附盒中防止晃动，整个区域纳米线排列状况通过扫瞄式电子显微镜拍摄并记录下来；
采用相同的外加交流电场和分散液浓度，不同的交流频率，滴入10μl分散液于电极中央，按照如表3的具体实施参数，得到不同交流频率下电极间的纳米线排列情况并在300℃空气退火1h，得到扫描电镜结果如图7。
表3
离子检测器的制作
将实施例1、2、3结合得到最佳阵列排列并运用到步骤4.2)
步骤4器件的制作及组装：
4.1)光刻制作微通道母版：取洗净后的载玻片用氮气吹干后放在烘台上在100℃烘烤5min，取下后冷却5min，在匀胶机上涂上su-8光刻胶，其中匀胶机转速为以850～950rpm转40s，涂完胶后在烘台上以70℃烘烤20min后升温到100℃烘烤120min，取下再冷却10～12min左右，取提前设计好的微流通道掩膜板在光刻机上曝光20s，其中微流通道掩膜板的干流通道的宽度为200μm，腔体为直径为4mm的圆柱形，设计的微通道掩膜板见附图8左图，曝光完后再在烘台上以70℃烘烤20min后升温到100℃烘烤50min，然后冷却10～12min在显影液中显影5～15min，取出后用异丙醇冲洗氮气吹干再在烘台上以135℃坚膜120min。
实验所用的su-8光刻胶为负胶是市场上所销售的产品；
4.2)取前面做上电极并经过dep进行阵列排列纳米线的电极并用棉签擦去电极以外部分的纳米线，并在300℃高温空气退火以加强纳米线结晶性和与电极之间的连接性，取前面做好的pdms微流通道一起放在等离子体清洗仪之中，打开真空泵，旋紧排气旋钮，待粉红光出现后开始计时，4分钟后取出后根据基片与pdms通道上的十字对准标识对准贴合后压紧并保持12h使基片与pdms永久键合在一起。
步骤5测试
设定做电极所用的掩膜板参考图2，电极长度为10mm，电极间的间距为10μm，掩膜板外形尺寸是长宽均为30mm。做微流通道所用的掩膜板参考图8，设定干流通道宽度为b＝200μm，掩膜板外形尺寸是长宽均为30mm，在注水口出采用20μl/min的流苏注入去离子水以及不同浓度的离子溶液，电表测试的电阻数据通过labview软件实时的显示并记录在电脑上，如图9所示。
需要说明的是，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。