基于微纳米孔网集成结构的纳米孔检测系统及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米孔检测系统技术领域，特别是涉及一种基于微纳米网格-纳米孔集成结构的可用于检测长链聚合物(DNA、RNA或多肽)的纳米孔检测系统及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，通过现有纳米孔研制方法来制作纳米孔，成品率不高；且纳米孔在测序应用中有许多缺点；氮化硅、二氧化硅以及石墨烯等是当前固体纳米孔的常用基底材料。在实验过程中长链聚合物(DNA、RNA或多肽)往往会停留在纳米孔附近，阻塞纳米孔。这是由于单纯的纳米孔器件对于较长的长链聚合物分子有一个很大的熵势皇。在体相溶液中，长链聚合物没有受到几何限制，呈缠绕状态，这种状态下的长链聚合物拥有最大的熵。长链聚合物不容易穿过纳米孔。
[0003]因此，需要一种微纳米网格结构使长链聚合物顺利通过纳米孔的检测系统及其制备方法。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种能顺利通过纳米孔的纳米孔检测系统，有效地避免了长链聚合物在通过纳米孔时发生阻塞的现象。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于微纳米孔网集成结构的纳米孔检测系统，所述纳米孔检测系统包括电解质溶液腔室、微纳米孔网集成结构和用于检测待检测物的电流检测系统；
[0006]所述微纳米孔网集成结构包括纳米孔层薄膜和设置于纳米孔层薄膜上的网格层薄膜，所述纳米孔层薄膜上设置有纳米孔；所述网格层薄膜设置有微纳米网格；
[0007]所述微纳米孔网集成结构设置于电解质溶液腔室内部并将其分成上腔室和下腔室，所述纳米孔和微纳米网格贯通连接形成连通上腔室和下腔室的通道；
[0008]所述电流检测系统一端设置于上腔室内，另一端设置于下腔室内，与电解质溶液腔室内的电解质溶液连通形成用于检测待检测物的电路。
[0009]优选地，所述纳米孔层薄膜上设置有一个或多个纳米孔，所述每个纳米孔与微纳米网格贯通连接形成连通上腔室和下腔室的通道。
[0010]优选地，所述电流检测系统包括电源、电极1、电极II和电流计；
[0011]所述电极I和电极II分别置于上腔室和下腔室内；
[0012]所述电源、电极1、电极II和电流计串联形成用于检测待检测物的电路。
[0013]优选地，所述网格层薄膜为单层或多层的微纳米网格，所述微纳米网格的材料为二氧化娃、三氧化二铝或氧化错。
[0014]优选地，所述纳米孔层薄膜的材料为氮化娃、石墨稀、二硫化钼、二氧化娃或三氧化二铝薄膜中的一种。
[0015]本发明还提供了一种基于微纳米孔网集成结构的纳米孔检测系统的制备方法，包括以下步骤:
[0016]I)在硅片两面生成纳米孔层薄膜；
[0017]2)在纳米孔层薄膜上形成纳米孔；
[0018]3)在纳米孔上面生长无定形碳薄膜；
[0019]4)在无定形碳薄膜上面生长网格层薄膜；
[0020]5)在网格层薄膜的正面制作微纳米网格结构；
[0021]6)去掉无定形碳薄膜，将纳米孔和微纳米网格曝露出来，形成微纳米孔网集成结构；
[0022]7)将微纳米孔网集成结构设置于电解质溶液腔室内部并将其分成上腔室和下腔室，并使纳米孔和微纳米网格形成连通上腔室和下腔室的通道；
[0023]8)将电流检测系统一端设置于上腔室内，另一端设置于下腔室内并形成用于检测待检测物的电路。
[0024]优选地，所述步骤5)后还包括以下步骤:
[0025]51)在形成微纳米网格的网格层薄膜上面生长无定形碳薄膜；
[0026]52)在无定形碳薄膜上面生长网格层薄膜；
[0027]53)在网格层薄膜上制作微纳米网格结构；
[0028]54)重复循环步骤51)-53)直至形成设置有微纳米网格的多层网格层薄膜。
[0029]优选地，所述网格层薄膜上设置的微纳米网格与纳米孔层薄膜设置的纳米孔贯通连接。
[0030]优选地，所述电流检测系统包括电源、电极1、电极II和电流计；
[0031]所述电极I和电极II分别置于上腔室和下腔室内；
[0032]所述电源、电极1、电极II和电流计串联形成检测待检物的电路。
[0033]优选地，所述纳米孔层薄膜的材料为氮化娃、石墨稀、二硫化钼、二氧化娃或三氧化二铝薄膜中的一种。
[0034]如上所述，本发明提供的基于微纳米孔网集成结构的纳米孔检测系统及制备方法，具有以下有益效果:
[0035]本发明提供的纳米孔检测系统充分利用半导体集成工艺的优势将微纳米网格结构和纳米孔贯通连接集成在一起，符合长链状聚合物(DNA、RNA或多肽)测序技术小型化、集成化的发展趋势。微纳米网格结构通过空间的物理限制将长链状聚合物线性化，甚至拉伸长链状聚合物，微纳米网格结构使长链聚合物在进入纳米孔前尽量伸展，解开长链状聚合物的缠绕状态，减少其通过纳米孔的熵势皇，避免其阻塞纳米孔的现象，可有效提高纳米孔检测长链状聚合物的可靠性。
【附图说明】
[0036]图1显示为本发明实施例提供的基于微纳米孔网集成结构的纳米孔检测系统结构示意图。
[0037]图2显示为本发明实施例提供的微纳米孔网集成结构三维示意图。
[0038]图3显示为本发明实施例提供的微纳米孔网集成结构截面示意图。
[0039]图4显示为本发明实施例提供的基于微纳米孔网集成结构的纳米孔检测系统制备方法流程图。
[0040]元件标号说明:
[0041]I氮化硅薄膜
[0042]2 二氧化硅薄膜
[0043]3纳米孔
[0044]4上腔室
[0045]5下腔室
[0046]6 电源
[0047]7 电极 I
[0048]8 电极 II
[0049]9电流计
【具体实施方式】
[0050]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0051]需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0052]实施例1
[0053]请参阅图1-3，图1显示为本发明实施例提供的基于微纳米孔网集成结构的纳米孔检测系统结构示意图；图2显示为本发明实施例提供的微纳米孔网集成结构三维示意图。图3显示为本发明实施例提供的微纳米孔网集成结构截面示意图。
[0054]本实施例提供的一种基于微纳米孔网集成结构的纳米孔检测系统，包括电解质溶液腔室、微纳米孔网集成结构和电流检测系统；
[0055]所述微纳米孔网集成结构包括纳米孔层薄膜和设置其上的网格层薄膜，本实施例的纳米孔层薄膜为氮化硅薄膜I ;网格层薄膜为二氧化硅薄膜2 ;所述纳米孔层薄膜上设置有纳米孔3 ;所述网格层薄膜设置有微纳米网格；
[0056]所述微纳米孔网集成结构设置于电解质溶液腔室内部，并将其分成上腔室4和下腔室5，所述纳米孔3和纳米网格形成连通上腔室4和下腔室5通道；
[0057]所述电流检测系统一端设置于上腔室内，另一端设置于下腔室内，与电解质溶液腔室内的电解质溶液连通形成用于检测待检测物的电路。
[0058]本实施例的微纳米网格与纳米孔可以采用垂直贯通连接。
[0059]所述电流检测系统包括电源6、电极I 7、电极II 8和电流计9 ；
[0060]所述电极I 7和电极II 8分辨置于上腔室4和下腔室5内；
[0061]所述电源6、电极I 7、电极II 8和电流计9串联形成检测待检物的电路。
[0062]所述网格层薄膜为单层或多层二氧化硅薄膜，所述纳米网格为微纳米网格结构。
[0063]本实施例的制作纳米孔层薄膜的材料还可以选择石墨稀、二硫化钼、二氧化娃或三氧化二铝薄膜中的一种；其中，纳米孔可设置多个纳米孔，本实施例在微纳米网格之间的部分按等边三角形排列方式设置三个纳米孔，每个纳米孔都与微纳米网格贯通连接。
[0064]请参阅图4，图4显示为本发明实施例提供的基于微纳米孔网集成结构的纳米孔检测系统制备方法流程图；本实施例提供的一种基于微纳米孔网集成结构的纳米孔检测系统的制备方法，包括以下步骤:
[0065]I)在硅片两面生成纳米孔层薄膜；
[0066]2)在纳米孔层薄膜上形成纳米孔；
[0067]3)在纳米孔上面生长无定形碳薄膜；所述无定型碳为一种过渡态碳材料。
[0068]4)在无定形碳薄膜上面生长网格层薄膜；
[0069]5)在网格层薄膜的正面制作微纳米网格结构；所述微纳米网格结构的制作步骤如下:
[0070]51)在形成微纳米网格的网格层薄膜上面生长无定形碳薄膜；
[0071]52)在无定形碳薄膜上面生长网格层薄膜；
[0072]53)在网格层薄膜上制作微纳米网格结构；
[0073]54)重复循环步骤5