一种纳米孔传感器的制备装置及制造方法

本发明涉及纳米级加工制造，尤其涉及一种纳米孔传感器的制备装置及制造方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、纳米孔传感器因其高灵敏度的特性正越来越多地被用作下一代疾病诊断、精准医学和改善医疗保健仪器的基础，因为它们可以被用作靶点不可知的药物、不需要标记生物细胞的检测，被广泛应用于dna测序、蛋白质、病毒检测、固态纳米颗粒检测等领域。虽然早期基于纳米孔的传感器基本采用生物纳米孔，但由于固态纳米孔具有鲁棒性好、寿命长、可控的几何形态和表面特性等优点越来越受欢迎。

3、但是，固态纳米孔的制造技术仍然面临着根本性的挑战。对于传统的介电击穿技术，其纳米孔的尺寸和位置不可控；而径迹刻蚀技术需要昂贵的重离子加速器等设备。目前，固态纳米孔制造面临的制造工艺复杂，制造成本高，纳米孔形貌和尺寸不易控制等挑战，严重阻滞了其应用和发展。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种纳米孔传感器的制备装置及制造方法，该传感器具有制造工艺简单、制造成本较低、纳米孔位置排布以及尺寸可控等优点，可以实现低成本、高精度纳米孔传感器的制备并进行一体化检测的功能。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、本发明第一方面提供了一种纳米孔传感器的制备装置，包括进给装置，成孔装置和液池，所述进给装置用于朝成孔装置进给，从而形成纳米孔；所述成孔装置包括薄膜、滤纸和第二电极，所述滤纸与薄膜结合在一起，使用疏水物质在滤纸上划分多个独立的亲水区域，每个亲水区域内均连接一段铜线作为第二电极，每个区域内的铜线相互独立；所述液池为方形容器，一侧开口，液池内装有盐溶液，液池开口一侧与薄膜紧密贴合，使盐溶液与薄膜无滤纸的一侧充分接触。

4、进一步的，薄膜材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚碳酸酯(pc)、聚酰亚胺(pi)或热塑性聚氨酯弹性体(tpu)、聚烯胺(pa)、聚丙烯(pp)中的任意一种，厚度范围为2-50μm。

5、进一步的，疏水物质为石蜡、石墨、光刻胶或油类物质中的任意一种。

6、进一步的，滤纸厚度范围为0.01-1mm，所述滤纸用于储存大量盐溶液，实现导电功能，同时，滤纸作为液池储存待测颗粒溶液，实现纳米孔传感器原位检测颗粒的功能。

7、进一步的，利用热熔胶将滤纸和薄膜的边缘粘在一起，使其成为一个整体，同时，当在滤纸上滴入适量的盐溶液，使滤纸和薄膜贴合更为紧密，防止纳米孔被污染。

8、进一步的，亲水区域形状尺寸可控，每个亲水区域相对独立完整，并且每个亲水区域分别连接一个第二电极，滴入盐溶液后，亲水区域具有导电性。

9、进一步的，进给装置包括第一电极、电源和电流放大器，电源正极连接第一电极或第二电极，电源负极连接电流放大器一端，电流放大器另一端连接第二电极或第三电极。

10、更进一步的，第一电极固定安装在单向进给的丝杠滑块机构上，沿着x轴方向进给。

11、进一步的，液池包括第三电极，第三电极通过注水口插入盐溶液中,电源两端由接通第一电极和第二电极变为接通第一电极和第三电极后，放慢钨针的进给速度。

12、进一步的，将电源两端分别接通第二电极和第三电极，直接作为纳米孔传感器进行颗粒的原位检测，通过积分法计算求得颗粒的尺寸。

13、本发明第二方面提供了一种第一方面所述的纳米孔传感器的制备装置的制造方法，包括以下步骤：

14、在薄膜一侧粘结滤纸，用疏水物质将滤纸划分为多个区域；

15、将薄膜、滤纸与第二电极采用夹板进行固定，并与液池连接；

16、电源正极与第一电极连接，电流放大器另一侧与第二电极连接，控制进给装置第一电极的进给速度，通过电流监控第一电极的位置，确定滤纸上的对刀点；

17、确定对刀点后，电流放大器断开与第二电极的连接，电流放大器与第三电极连接，减缓第一电极的进给速度，直至贯穿薄膜；

18、电源正极断开与第一电极的连接，电源正极与第二电极连接，在选定区域内的滤纸上滴入含有待测颗粒溶液，进行原位检测。

19、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

20、本发明公开了一种纳米孔传感器的制备装置及制造方法，将滤纸与薄膜结合在一起，利用滤纸对盐溶液的较强亲和力，可以实现滤纸的导电效果，从而实现“对刀点”位置的确定，进而放慢钨针的进给速度，这样可以提高纳米孔尺寸的精度和可控。

21、本发明通过使用疏水物质在滤纸上划分为多个区域，利用疏水物质将薄膜划分为多个独立的亲水区域。因此在进行纳米颗粒检测时，可以选择一个区域进行检测，也可以选择多个区域并行检测。同时，这也节约了薄膜的利用效率和提高新鲜的程度，当使用一个区域进行检测时，其他区域保存完整和新鲜度。

22、本发明通过设置三个电极，通过电极的两两组合，形成了三组不同的电路，分别实现了纳米孔的快速“对刀”，纳米孔的精准制造，以及纳米孔的原位检测的功能。极大的提高了纳米孔传感器的制造精度，缩短制造周期，提高制造效率，降低成本，并且可以实现原位检测。

23、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种纳米孔传感器的制备装置，其特征在于，包括进给装置，成孔装置和液池，所述进给装置用于朝成孔装置进给，从而形成纳米孔；所述成孔装置包括薄膜、滤纸和第二电极，所述滤纸与薄膜结合在一起，使用疏水物质在滤纸上划分多个独立的亲水区域，每个亲水区域内均连接一段铜线作为第二电极，每个区域内的铜线相互独立；所述液池为方形容器，一侧开口，液池内装有盐溶液，液池开口一侧与薄膜紧密贴合，使盐溶液与薄膜无滤纸的一侧充分接触。

2.如权利要求1所述的纳米孔传感器的制备装置，其特征在于，疏水物质为石蜡、石墨、光刻胶或油类物质中的任意一种；

3.如权利要求1所述的纳米孔传感器的制备装置，其特征在于，滤纸厚度范围为0.01-1mm，所述滤纸用于储存大量盐溶液，实现导电功能，同时，滤纸作为液池储存待测颗粒溶液，实现纳米孔传感器原位检测颗粒的功能。

4.如权利要求1所述的纳米孔传感器的制备装置，其特征在于，利用热熔胶将滤纸和薄膜的边缘粘在一起，使其成为一个整体，同时，当在滤纸上滴入适量的盐溶液，使滤纸和薄膜贴合更为紧密，防止纳米孔被污染。

5.如权利要求1所述的纳米孔传感器的制备装置，其特征在于，亲水区域形状尺寸可控，每个亲水区域相对独立完整，并且每个亲水区域分别连接一个第二电极，滴入盐溶液后，亲水区域具有导电性。

6.如权利要求1所述的纳米孔传感器的制备装置，其特征在于，第一电极固定安装在单向进给的丝杠滑块机构上，沿着x轴方向进给。液池固定安装在双向滑台上，带动夹板和成孔装置整体可沿着yz两个方向移动。

7.如权利要求1所述的纳米孔传感器的制备装置，其特征在于，进给装置包括第一电极、电源和电流放大器，电源正极连接第一电极或第二电极，电源负极连接电流放大器一端，电流放大器另一端连接第二电极或第三电极。

8.如权利要求7所述的纳米孔传感器的制备装置，其特征在于，液池包括第三电极，第三电极通过注水口插入盐溶液中,电源两端由接通第一电极和第二电极变为接通第一电极和第三电极后，放慢钨针的进给速度。

9.如权利要求1所述的纳米孔传感器的制备装置，其特征在于，将电源两端分别接通第二电极和第三电极，直接作为纳米孔传感器进行颗粒的原位检测，通过公式计算求得颗粒的尺寸等信息。

10.一种权利要求1-9任一项所述的纳米孔传感器的制备装置的制造方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种纳米孔传感器的制备装置及制造方法，涉及纳米级加工制造技术领域。该传感器包括进给装置，成孔装置和液池，进给装置用于朝成孔装置进给，从而形成纳米孔；成孔装置包括薄膜、滤纸和第二电极，滤纸与薄膜结合在一起，使用疏水物质在滤纸上划分多个独立的亲水区域，每个亲水区域内均连接一段铜线作为第二电极，每个区域内的铜线相互独立；液池为方形容器，一侧开口，液池内装有盐溶液，液池开口一侧与薄膜紧密贴合，使盐溶液与薄膜无滤纸的一侧充分接触。本发明传感器具有制造工艺简单、制造成本较低、纳米孔位置排布以及尺寸可控等优点，可以实现低成本、高精度纳米孔传感器的制备并进行一体化原位检测的功能。

技术研发人员：裘英华,刘哲,马龙,满佳,李建勇
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12