專利名稱：納米孔和納米流體器件中尺寸的反饋控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微米流體和納米流體領(lǐng)域,更具體地，涉及納米級的流體元件等的制造和使用。
背景技術(shù)：
納米級的流體器件包括在選定的基板中形成的孔(pore)和/或溝道(channel)?？赏ㄟ^鉆穿諸如氮化硅的選定基板的TEM (透射電子顯微鏡)而制造固態(tài)納米孔。固態(tài)納米孔可被用來分析生物蛋白質(zhì)。納米流體溝道(nanofluidic channel)可通過串行電子束平版印刷(serialelectron beam lithography)制造，以達到想要的尺寸。也可使用光亥lj、納米壓印平版印刷技術(shù)和納米轉(zhuǎn)移平版印刷技術(shù)來制造溝道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的原理提供了用于制造諸如納米流體溝道和納米孔的流體通路(fluidicpassage)的技術(shù)。在一方面，一種示例性方法包括以下步驟:提供包括以電導(dǎo)體為界的納米流體通路的基板；用電解質(zhì)填充所述納米流體通路，以及通過在所述導(dǎo)體上電化學地形成氧化物層，使得所述納米流體通路至少部分地閉合。所述基板本身可包括導(dǎo)電材料，或者導(dǎo)電材料可被沉積在所述基板上，使得納米流體通路的表面包括該材料。另一示例性方法包括以下步驟:提供流體元件陣列，每個所述流體元件通過一個或多個納米流體通路而連接到所述陣列中的一個或多個其他流體元件，每個所述納米流體通路包括導(dǎo)電表面；以及通過使得氧化層在選定的納米流體通路中的所述導(dǎo)電表面上電化學地生長而選擇性地閉合一個或多個所述納米流體通路。又一示例性方法包括以下步驟:形成納米流體通路，所述納米流體通路具有比基板中的目標尺寸大的尺寸；在所述基板上形成導(dǎo)電層，由此減小所述納米流體通路的尺寸；用電解質(zhì)填充納米流體通路；以及電化學地氧化所述導(dǎo)電層，直到所述流體通路具有所述目標尺寸。再一示例性方法包括:提供納米流體器件，所述納米流體器件包括納米流體通路以及在所述納米流體通路內(nèi)的電解質(zhì)，所述納米流體通路具有導(dǎo)電表面；以及對所述導(dǎo)電表面施加電壓以電化學地改變所述納米流體通路的尺寸。所述尺寸可被增大或減小。提供了一種用于控制包括位于基板中的納米流體通路的納米流體器件的制造的示例性計算機程序產(chǎn)品，所述納米流體通路包括導(dǎo)電表面并容納電解質(zhì)。所述產(chǎn)品包括計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)中包含計算機可讀程序代碼，所述計算機可讀程序代碼包括被配置為便于在電解質(zhì)與導(dǎo)電表面之間施加足以引起所述導(dǎo)電表面的氧化的電勢的計算機可讀程序代碼以及被配置為監(jiān)視流過所述納米流體通路的離子電流的計算機可讀程序代碼。如在此使用的那樣，“便于”某個動作包括執(zhí)行動作，使動作更簡單，有助于實施動作或?qū)е聞幼鞅粓?zhí)行。因此，通過實例而非限制，在一個處理器上執(zhí)行的指令可以便于通過發(fā)送導(dǎo)致或幫助執(zhí)行動作的合適數(shù)據(jù)或命令來由諸如電源、儀表、顯微鏡載物臺等的遠程設(shè)備執(zhí)行的動作。為了避免疑義，在動作者便于某個動作而非執(zhí)行該動作時，該動作仍然由某個實體或?qū)嶓w組合來執(zhí)行。本發(fā)明的一個或多個實施例或其要素可以包括有形的計算機可讀存儲介質(zhì)的計算機程序產(chǎn)品的形式實現(xiàn)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)具有用于執(zhí)行所述方法步驟的計算機可用程序代碼。此外，本發(fā)明的一個或多個實施例或其要素可以系統(tǒng)(或設(shè)備)的形式實現(xiàn)，所述系統(tǒng)(或設(shè)備)包括存儲器、至少一個處理器，所述處理器與所述存儲器耦合并被操作為執(zhí)行示例性方法步驟。此外，在另一方面中，本發(fā)明的一個或多個實施例或其要素可以用于執(zhí)行此處描述的一個或多個方法步驟的裝置(means)的形式實現(xiàn)；所述裝置可以包括(i)硬件模塊；(ii)軟件模塊，或者(iii)硬件和軟件模塊的組合；(i)-(iii)中的任一項實現(xiàn)此處闡述的特定技術(shù)，并且所述軟件模塊被存儲在有形的計算機可讀可記錄的存儲介質(zhì)(或者多個此類介質(zhì))中。本發(fā)明的技術(shù)可提供大量有益的技術(shù)效應(yīng)。例如，一個或多個實施例可以提供以下優(yōu)點中的一個或多個:I)制造具有反饋控制的納米流體器件；2)允許溝道或孔尺寸在制造之后被擴大或縮??；3)便于用水溶液或其他液體填充納米流體器件。通過以下對結(jié)合附圖閱讀的其示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)勢將變得明顯。


圖1A-1D示出了用于制造具有選定尺寸的一個或多個溝道的流體器件的一系列步驟；圖2A-2D示出了用于制造具有選定尺寸的一個或多個納米孔的流體器件的一系列步驟；圖3示出了在對金屬層的電化學氧化之前和期間流過流體通路的離子電流；圖4示出了包括多個流體元件的可定制的(customizable)流體器件；圖5是示出了用于控制納米流體器件的制造的軟件模塊的示意圖示；圖6示出了可用于實施本發(fā)明的一個或多個方面和/或要素的計算機系統(tǒng)；圖7是用于改變納米孔尺寸的測試設(shè)備的示意圖示；圖8A和8B示出了在電化學氧化之前和之后的納米過濾膜；圖9是包括納米過濾膜的流體器件的示意圖示，以及圖10示出了用于制造納米過濾器的一系列步驟。
具體實施例方式納米級的流體元件的制造會很困難，并要求非標準的和/或不可縮放的技術(shù)。本發(fā)明允許使用可縮放的平版印刷或其他技術(shù)并隨后使用提供元件的流體通路的想要的尺寸的處理技術(shù)來產(chǎn)生器件。
本發(fā)明提供包括諸如納米孔和/或納米溝道的納米流體通路的器件。如以下討論的，所述器件可具有允許定制和通用性的特性。本發(fā)明的原理進一步被用于提供包括流體元件的陣列的器件，所述流體元件的陣列包括一個或多個部件(mechanism)來控制流體流動?？赏ㄟ^使用在此公開的制造方法來便于這樣的器件的制造。圖1A-1D和2A-2D分別示出了用于制造具有納米溝道和納米孔的流體器件的制造步驟。首先參考圖1A，通過平版印刷技術(shù)將流體器件10形成為包括與器件的表面平行地延伸的溝道12。平版印刷技術(shù)典型地利用光致抗蝕劑材料，當在基板上時該光致抗蝕劑被光構(gòu)圖，且然后該光致抗蝕劑被部分去除以暴露基板的選擇部分。隨后的蝕刻步驟和其他處理導(dǎo)致在基板上形成諸如孔或溝道的特征。在圖1A示出的示例性器件中，包含二氧化硅、硅或其他合適材料的層14被沉積在基板或基底16上。該層優(yōu)選地具有各向同性蝕刻特性?？赏ㄟ^原子層沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、熱氧化或其他合適的處理而沉積該層14?；?6可包括例如硅、石英或氮化硅，且與在其上沉積的層14的組成不同。通過諸如原子層沉積、化學氣相沉積或物理氣相沉積的工序在層14上沉積氮化硅、二氧化硅或與包括層14的材料不同的其他合適材料的層20。使用諸如光刻或電子束平版印刷的平版印刷技術(shù)在層20中形成溝道開口 18。通過溝道開口 18蝕刻層14而在層14中形成溝道12。器件的基板或基底16用作蝕刻停止層。溝道12具有大于最終想要的尺寸的尺寸，優(yōu)選地在任何橫截面方向上不大于100納米。在制造期間,層20被橫向掏蝕(underetch),以致溝道開口 18的寬度小于溝道12的寬度，產(chǎn)生圖1A所示的器件。如以下討論的，頂層20下的底切(undercut)便于閉合位于溝道12上方的開口 18?；?6的厚度可在0.25到1.0mm之間，但不被認為是關(guān)鍵的。所沉積的層14的厚度取決于器件的要求，例如溝道尺寸。在該示例性實施例中，該層的厚度是在10到IOOOnm之間。頂層20的厚度至少為約50nm厚，從而可形成具有機械穩(wěn)定性的底切。其優(yōu)選地不厚于提供這樣的穩(wěn)定性所要求的厚度。在隨后的處理之前，溝道尺寸為約一百納米或更小。參考圖1B，流體器件20被諸如電化學活性金屬的導(dǎo)體22涂覆?？捎弥T如原子層沉積(ALD)或化學氣相沉積(CVD)的技術(shù)來提供這樣的涂層?？杀怀练e的金屬包括諸如鈦、鉭和鎢的金屬。金屬合金也可被沉積。材料的選擇可依賴于器件被進一步處理時將形成的氧化物。將理解，在特定情況下，可在溝道或孔形成之前沉積金屬，且可通過平版印刷/蝕刻技術(shù)將諸如溝道或孔的特征形成在該金屬中或穿過該金屬。在示例性實施例中，所沉積的導(dǎo)體22形成密封物以堵塞溝道12的開口 18。溝道的尺寸也按照與形成納米溝道的表面的所沉積的導(dǎo)體的厚度相稱的量而被減小。用諸如水或電解質(zhì)溶液的電解質(zhì)24填充被涂覆的流體器件10，如圖1C所示。即使在具有導(dǎo)體涂層的情況下，溝道12也大于其最終目尺寸(例如，直徑為IOnm或更小)，該事實便于填充該器件?？煽邕^流體通路將電勢施加到電解質(zhì)，以測量流過器件的離子電流。該電流與通路的內(nèi)部尺寸成比例。因此，可在此時確定通路的尺寸。用于產(chǎn)生離子電流的電極被放置在流體通路(在該示例性實施例中是溝道12)中或者被放置在流體通路的每個末端附近。電極可以例如是Ag/AgCl、Au或Pt絲電極。如圖1D所示，通過在導(dǎo)體22上形成氧化物層26，溝道12的尺寸被減小。該處理優(yōu)選地通過在電勢被施加到導(dǎo)體22時測量流過器件的離子電流而被反饋控制。使用針型探頭、彈簧夾或引線結(jié)合法將電壓施加到所沉積的導(dǎo)體22。在典型的應(yīng)用中，電壓范圍可以為 0.5 到 5.0V。圖3示出了隨著氧化物層從對應(yīng)于圖1C的起點“Α”生長到對應(yīng)于圖1D的終點或目標點“B”流過器件的電流?？沙掷m(xù)地或通過反復(fù)交替電化學氧化和離子電流測量而監(jiān)控溝道尺寸。當電流達到代表目標溝道尺寸(其可以是可接受尺寸的范圍)的水平時，中斷該處理。如果氧化物層26是絕緣的，則金屬氧化物疊層可用作柵極以改變器件10的表面電荷以用于進一步的化學功能化，作為納米流體晶體管，或作為用于在流體中的化學或生物分析物的傳感器器件。這樣的器件也可被用作DNA傳感器和/或定序器(sequencer)。絕緣金屬氧化物的例子包括氧化鈦和氧化鉬。將理解，可以替代地形成導(dǎo)電氧化物，例如氧化招鋅(AZO)或氧化釕。根據(jù)本發(fā)明的方法適用于形成與器件表面正交的納米孔以及平行于表面而延伸的溝道12。參考圖2A，器件30包括與圖1A-1D中的層類似的層14、16和20。使用平版印刷技術(shù)和蝕刻，以與以上討論的流體器件10類似的方式制造該器件。在頂層20中形成的孔38與存儲庫(reservoir) 32是流體連通的?？?8可顯著大于目標尺寸孔，且直徑可以是約IOOnm那么大。與之前實施例中的溝道12類似，該孔相應(yīng)地為所考慮的尺寸范圍內(nèi)的納米流體孔?？墒褂猛干潆娮邮纬芍睆皆?到50納米之間的孔。可使用電子束或光刻構(gòu)圖形成直徑為10納米或更大的孔。(將理解，孔可能不是完美地圓形的，在該情況下最大直徑可以是約IOOnm或更小。)如圖2B所示，在器件30上沉積導(dǎo)體的涂層40，所述導(dǎo)體例如為金屬或其他合適的電化學活性導(dǎo)電材料。(如果頂層20包括電化學活性導(dǎo)電材料，這樣的涂層可以是不必要的。)盡管涂層40使得孔尺寸減小，但孔尺寸仍然大于目標尺寸。然后用電解質(zhì)24填充器件，所述電解質(zhì)24例如為水或電解質(zhì)溶液。器件30的流體部分的相對較大尺寸便于溶液的引入。圖2C示出了被流體填充的器件。如圖2D所示，然后將電勢施加到涂層40，以形成導(dǎo)電的或絕緣的金屬氧化膜42。隨著氧化的發(fā)生，監(jiān)視孔尺寸。當孔達到目標尺寸時，中斷電化學氧化。將理解，目標尺寸可以是特定尺寸或在特定范圍內(nèi)。與圖1A-1D示出的其中溝道開口 18被金屬封閉的方法不同，在金屬沉積和氧化之后，孔38保持打開，以便用作納米流體通路?？梢曰谥鹦酒耆ㄖ?，完成使用上述方法的諸如納米孔和納米流體溝道的納米流體通路的形成。該方法也可被應(yīng)用于逐晶片完成的高吞吐量處理。在處理之后，晶片可被分離成單個芯片。使用光刻技術(shù)的孔形成和/或溝道形成便于生產(chǎn)，這與諸如TEM鉆孔的較麻煩的處理相反。因為初始形成的溝道和孔的尺寸既不是關(guān)鍵的也不是特別小，因此便于在形成孔和/或溝道時對芯片或晶片的初始處理。如上所討論的，具有相對較大尺寸的流體器件也更容易被電解質(zhì)或其他流體填充。如圖7所示的測試器件60可被用來證明在此公開的方法的可行性。該器件包括5納米的TiN薄膜62，該TiN薄膜62位于分別包括SiO2層64和Si3N4層66的底層中。該器件包括含有KCI溶液的流體單元(fluidic cell)68。TiN層包括孔70，孔70的直徑小于100納米且優(yōu)選地為更小。使用接觸襯墊(contact pad)和針型探頭,遠離流體體積(fluidvolume)將約4伏施加到TiN。若干分鐘后，所測量的離子電導(dǎo)顯著降低，表明孔60的尺寸已減小。器件可以作為芯片或晶片以成品或半成品形式作為芯片或晶片被提供給終端用戶。終端用戶可執(zhí)行氧化處理以提供選定尺寸的通路。如果有必要增大通路尺寸，氧化處理可被逆轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的又一些方面，如圖4所示，可提供流體溝道或元件52的多用途陣列50。每個元件通過可單獨尋址的、電化學可還原的納米流體通路54而被連接到另一個元件。該陣列優(yōu)選地被制造為使得所有連接是打開的。在使用時，可還原的納米流體通路54中的一個或多個可被閉合，以便重新引導(dǎo)流體流或從整體陣列去除特定的元件52。如圖4所示，圖左示出的原始陣列50已以兩種可供選擇的(alternative)方式被修改而產(chǎn)生具有兩個可供選擇的流徑的陣列50A、50B。原來的(native)或部分還原的納米流體通路54以實線表示，而閉合的通路56以虛線表示。通路54可以以與以上討論的溝道12相同的方式被形成。每個通路54包括具有限定通路尺寸的氧化物層的導(dǎo)電的、優(yōu)選為金屬的涂層(未示出)。通過在通路內(nèi)的電解質(zhì)和金屬涂層之間施加電勢，選定的通路被閉合，引起氧化物層(未示出)的進一步生長，直到通路被完全閉合。元件52可被設(shè)計用于任何特定目的，例如用于控制或改變流體的特性或在流體內(nèi)存在的實體的特性。將理解，陣列50的通路54可僅包括金屬涂層，允許終端用戶部分地閉合特定的通路并通過改變金屬涂層的氧化程度來完全閉合其他通路。如上所討論的，如果需要，氧化處理可被逆轉(zhuǎn)以打開之前閉合的通路54。圖8A和8B示出了本發(fā)明的又一個示例性實施例，并涉及使用本發(fā)明的原理對具有大量的納米流體通路的納米過濾器的制造。納米過濾器是從導(dǎo)電基板80制造的?；?0包括多個納米孔82，納米孔82可使用平版印刷技術(shù)和蝕刻而形成。或者，納米孔可使用已知為定向自組裝(DSA)的技術(shù)而形成。該技術(shù)包括以下步驟:(i )基板表面被化學功能化，以便一旦將含有納米顆粒(例如嵌段共聚物)的流體分散到基板表面上時這樣的納米顆粒被附著到其上；(ii)該膜被退火而蒸發(fā)掉流體，在基板表面上留下納米顆粒，以及(iii)然后納米顆粒被用作正性或負性硬蝕刻掩模，以進一步將納米顆粒陣列圖形向下轉(zhuǎn)移到基板中，由此在基板中形成納米膜。一旦大量分散到功能化的基板表面上，納米顆粒形成自對準的圖形陣列，所述圖形陣列包括相鄰顆粒間的自限定的間隔，而不需要執(zhí)行任何額外的對準和/或構(gòu)圖處理。由此間隔依賴于納米顆粒的類型和尺寸、基板表面的形貌及其功能化的類型?？色@得柵格圖形以及點(即納米孔)圖形。圖10示例出根據(jù)本發(fā)明可被用于制造納米過濾器的步驟。金屬膜79被沉積在具有介電特性的基板93上。通過去除基板93的中央部分而產(chǎn)生過濾膜，由此形成支撐該膜的絕緣體94。使用上述技術(shù)在金屬層79的膜部分中形成納米孔82的圖形，由此提供納米過濾器基板80。如以下將進一步討論的，施加電壓以減小孔尺寸，直到達到所需的過濾器尺寸。形成在示例性實施例的基板80中的孔的直徑為100納米或更小，且優(yōu)選地尺寸類似。在該實施例中，基板包括電化學活性的導(dǎo)電材料。因此不要求在基板上沉積金屬涂層。如圖8A所示，具有尺寸“A”和“B”的相對較大和較小的顆粒84、86都能穿過孔?；灞环胖迷陔娊赓|(zhì)中。獲得電導(dǎo)或流過基板膜的電流的基線(baseline)讀數(shù)。將電壓施加到基板80，以在以納米孔82為界的表面上形成氧化物層88，如圖SB所示。當孔尺寸已被減小到目標直徑時，如電流密度的變化或其他合適的參數(shù)所證明的，中斷該處理。再次參考圖8B，孔82的直徑已被減小，從而僅具有尺寸“B”或更小的相對較小的顆粒86能夠穿過孔82。所產(chǎn)生的納米過濾器90可以晶片或芯片的形式或并入到流體器件內(nèi)被提供給用戶。將理解，對納米過濾器90施加的電壓可被反向，由此增大納米孔82的直徑。在使用時，可經(jīng)由電滲(electro-osmosis)或其他合適的技術(shù)使流體流過過濾器，以便過濾大于孔尺寸的顆粒。圖9是包括可被用于增大或減小基板80或納米過濾器90中的孔直徑的系統(tǒng)并提供與孔直徑有關(guān)的反饋的納米流體器件的示意性例示。在該示例性實施例中，導(dǎo)電基板80被安裝在第一和第二絕緣體92、94之間。基板80的多孔膜部分位于包含電解質(zhì)的液體單元98中。O環(huán)96提供使基板80的部分從液體單元98隔離的密封。通過針型探頭或引線接合法對液體單元外部的基板進行電連接。提供第一微安表100，以監(jiān)視施加到基板的電壓。第二微安表100被用來測量流過基板80或納米過濾器90的電流。第二微安表提供與孔直徑有關(guān)的反饋，這是因為離子電流與基板中的納米孔82的尺寸成比例。一旦從第二微安表獲得了與目標平均孔直徑對應(yīng)的讀數(shù)，氧化或還原處理可被終止。將理解，流過基板80的膜部分的離子電流的測量可用電導(dǎo)為單位來表達。電導(dǎo)隨著孔尺寸減小而減小。圖5提供了用于控制如上討論的制造方法的系統(tǒng)的示意性例示。該系統(tǒng)包括諸如以上討論的納米流體器件Iio以及模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器114。軟件模塊包括用戶接口 115，用戶接口 115包括“設(shè)定控制電壓”控制116、“設(shè)定端點條件”控制118、“配置和設(shè)定計算算法”控制120以及提供數(shù)據(jù)和處理狀態(tài)的圖形展示的顯示器122。“設(shè)定控制電壓”控制116允許用戶設(shè)定用于氧化基板(例如金屬基板80或被涂覆的流體器件10或30)以及用于使得離子電流流過基板的電壓。當離子電流達到對應(yīng)于目標納米孔或納米溝道尺寸的水平時，“設(shè)定端點條件”控制118提供自動終止氧化(或還原)處理的能力。用于配置和設(shè)定計算算法的控制120允許用戶設(shè)定在計算模塊124中使用的算法。模塊存儲器存儲從“設(shè)定端點條件”控制118接收輸入的決策算法126。決策算法“控制算法”軟件126以及“設(shè)定控制電壓”控制116向“控制算法”軟件128提供輸入。“控制算法”軟件128控制施加為電化學氧化和/或還原而施加的電壓和處理時間。當要求與孔或溝道尺寸有關(guān)的反饋時，其進一步控制用于產(chǎn)生流過納米流體器件110的離子電流的電壓。與離子電流和表面電流有關(guān)的輸入被提供給計算模塊124。在計算模塊124中確定流體器件的離子電導(dǎo)，所述計算模塊124轉(zhuǎn)而向決策算法軟件126提供電導(dǎo)信息。因為離子電導(dǎo)信息與孔尺寸或溝道尺寸有關(guān)，該信息被提供給決策算法126以判定是否需要進一步的氧化或還原。來自計算模塊124的信息也被提供給圖形顯示器122?？紤]到迄今為止的討論，將理解，一般來說，根據(jù)本發(fā)明的方面的示例性方法包括以下步驟:提供包括以電導(dǎo)體為界的納米流體通路的基板；用電解質(zhì)填充所述納米流體通路，以及通過在所述導(dǎo)體上電化學地形成氧化物層，使得所述納米流體通路至少部分地閉合。該方法是可逆的，以便通路尺寸可被增大?；灞旧砜砂杀怀练e在基板上的電導(dǎo)體或?qū)щ娔?。根?jù)本發(fā)明的又一個方面，一種示例性方法包括:形成納米流體通路，所述納米流體通路具有比基板中的目標尺寸大的尺寸；在所述基板上形成導(dǎo)電層，由此減小所述納米流體通路的尺寸；用電解質(zhì)填充所述納米流體通路；以及電化學地氧化所述導(dǎo)電層，直到所述流體通路具有所述目標尺寸。再一示例性方法包括:提供納米流體器件，所述納米流體器件包括納米流體通路以及在所述納米流體通路內(nèi)的電解質(zhì)，所述納米流體通路具有導(dǎo)電表面；以及對所述導(dǎo)電表面施加電壓以電化學地改變所述納米流體通路的尺寸。如上所討論的，納米流體通路可包括諸如納米孔或納米溝道的通路。該方法也適于同時改變大量通路(例如在納米過濾器的膜中發(fā)現(xiàn)的通路)的尺寸。另一種示例性方法涉及流體元件陣列的使用。該方法包括提供流體元件的陣列，每個流體元件通過一個或多個納米流體通路連接到陣列中的一個或多個其他流體元件。每個納米流體通路包括導(dǎo)電表面。該方法還包括通過使得氧化物層在選定的納米流體通路中的導(dǎo)電表面上電化學地生長，選擇性地閉合一個或多個所述納米流體通路。還提供了通過納米流體通路連接的流體元件的陣列以及用于電化學地改變或閉合通路的系統(tǒng)。提供了一種計算機程序產(chǎn)品以控制包括基板中的納米流體通路的納米流體器件的制造，所述納米流體通路包括導(dǎo)電層并容納電解質(zhì)。包含計算機可讀程序代碼的計算機可讀存儲介質(zhì)包括:被配置為便于在電解質(zhì)與導(dǎo)電表面之間施加足以弓I起所述導(dǎo)電表面的氧化的電勢的計算機可讀程序代碼；以及被配置為監(jiān)視流過所述納米流體通路的離子電流的計算機可讀程序代碼。還提供了具有過濾膜的納米過濾器，所述過濾膜包括可被電化學地改變?yōu)楦蠡蚋〉某叽绲募{米流體通路。如上所討論的，該膜可包括導(dǎo)體或包括可被電化學地氧化的導(dǎo)電涂層。被提供為本發(fā)明又一方面的納米過濾器組件優(yōu)選地包括用于確定流過過濾膜的離子電流的反饋部件以及用于引起電化學氧化的部件。可從反饋部件確定納米流體通路已被縮窄或展寬的程度。圖9提供了納米過濾器組件的示例性實施例，其包括過濾膜、用于引起氧化的部件以及用于確定離子電流的部件。圖8A示出了已經(jīng)歷了用于減小納米流體溝道的尺寸的氧化的納米過濾器的膜部分。處理可被逆轉(zhuǎn)以加寬納米流體溝道。TK例件系統(tǒng)和制造品細節(jié)所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，本發(fā)明可以實現(xiàn)為系統(tǒng)、方法或計算機程序產(chǎn)品。因此，本公開可以具體實現(xiàn)為以下形式，即:可以是完全的硬件、也可以是完全的軟件(包括固件、駐留軟件、微代碼等)，還可以是硬件和軟件結(jié)合的形式，本文一般稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，在一些實施例中，本發(fā)明還可以實現(xiàn)為在一個或多個計算機可讀介質(zhì)中的計算機程序產(chǎn)品的形式，該計算機可讀介質(zhì)中包含計算機可讀的程序代碼。本發(fā)明的的一個或多個實施例或它們的要素可以裝置的形式實現(xiàn)，所述裝置包括存儲器和至少一個處理器，所述處理器與存儲器相連并可操作為執(zhí)行示例性方法步驟，例如測量離子電流并產(chǎn)生用于金屬層氧化的電勢。一個或多個實施例可以利用在通用計算機或工作站上運行的軟件。參考圖6，這種實現(xiàn)例如可以采用處理器602、存儲器604以及例如由顯示器606和鍵盤608形成的輸入/輸出接口。在此使用的術(shù)語“處理器”旨在包括任何處理設(shè)備，例如，包括CPU (中央處理單元)和/或其它形式處理電路的處理設(shè)備。此外，術(shù)語“處理器”可以表示多于一個的單獨處理器。術(shù)語“存儲器”旨在包括與處理器或CPU關(guān)聯(lián)的存儲器，例如RAM (隨機存取存儲器)、R0M (只讀存儲器)、固定存儲器件(例如，硬盤)、可移動存儲器件(例如，軟盤)、閃存等。此外，在此使用的術(shù)語“輸入/輸出接口”旨在包括例如一個或多個用于將數(shù)據(jù)輸入到處理單元的機構(gòu)(例如，鼠標)以及一個或多個用于提供與處理單元關(guān)聯(lián)的結(jié)果的部件(例如，打印機)。處理器602、存儲器604以及諸如顯示器606和鍵盤608的輸入/輸出接口例如可以通過作為數(shù)據(jù)處理單元612的部件的總線610互連。例如通過總線610的適當互連還可以被提供到網(wǎng)絡(luò)接口 614 (例如可被設(shè)置為與計算機網(wǎng)絡(luò)接口的網(wǎng)卡)以及介質(zhì)接口 616(例如可被設(shè)置為與介質(zhì)618接口的軟盤或⑶-ROM驅(qū)動器)。通過網(wǎng)絡(luò)或其他合適的接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等，可以向微安表和/或電流源等提供接口。因此，如關(guān)于圖1A-D、2A-D、8A_B和10在此描述的包括用于執(zhí)行本發(fā)明方法的指令或代碼的計算機軟件可存儲在一個或多個關(guān)聯(lián)的存儲器件(例如，ROM、固定存儲器或可移動存儲器)中，當準備使用時，其被部分或全部加載(例如，加載到RAM中)并由CPU執(zhí)行。此類軟件可以包括——但不限于——固件、駐留軟件、微代碼等。適合于存儲和/或執(zhí)行程序代碼的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將包括通過系統(tǒng)總線610而被直接或間接耦合到存儲器元件604的至少一個處理器602。所述存儲器元件可以包括在程序代碼的實際執(zhí)行期間采用的本地存儲器、大容量存儲裝置以及提供至少某些程序代碼的臨時存儲以減少必須在執(zhí)行期間從大容量存儲裝置檢索代碼的次數(shù)的高速緩沖存儲器。輸入/輸出或I/O設(shè)備(包括一但不限于一鍵盤608、顯示器606、指點設(shè)備等)可以直接(例如，通過總線610)或通過居間的I/O控制器(為清晰起見，已省略)而被耦合到系統(tǒng)。諸如網(wǎng)絡(luò)接口 614的網(wǎng)絡(luò)適配器也可以被耦合到系統(tǒng)以使所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠通過居間的私用或公用網(wǎng)絡(luò)而變得與其它數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或遠程打印機或存儲設(shè)備相耦合。調(diào)制解調(diào)器、電纜調(diào)制解調(diào)器和以太網(wǎng)卡只是當前可用的網(wǎng)絡(luò)適配器類型中的少數(shù)幾種。如此處(包括權(quán)利要求)使用的那樣，“服務(wù)器”包括運行服務(wù)器程序的物理數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(例如，圖6所示的系統(tǒng)612)。將理解，此類物理服務(wù)器可以包括，也可以不包括顯示器和鍵盤。應(yīng)注意，本發(fā)明的各方面還可以采取在一個或多個計算機可讀介質(zhì)中體現(xiàn)的計算機程序產(chǎn)品的形式，所述計算機可讀介質(zhì)中包含計算機可讀的程序代碼。可以采用一個或多個計算機可讀介質(zhì)的任意組合。計算機可讀介質(zhì)可以是計算機可讀信號介質(zhì)或計算機可讀存儲介質(zhì)。計算機可讀存儲介質(zhì)例如可以是一但不限于一電、磁、光、電磁、紅外線、或半導(dǎo)體的系統(tǒng)、裝置或器件，或者上述的任意合適的組合。介質(zhì)框618是非限制性實例。計算機可讀存儲介質(zhì)的更具體的例子(非窮舉的列表)包括:具有一個或多個導(dǎo)線的電連接、便攜式計算機磁盤、硬盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦式可編程只讀存儲器(EPR0M或閃存)、光纖、便攜式緊湊磁盤只讀存儲器(CD-ROM)、光存儲器件、磁存儲器件、或者上述的任意合適的組合。在本文件中，計算機可讀存儲介質(zhì)可以是任何包含或存儲程序的有形介質(zhì)，該程序可以被指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用。計算機可讀的信號介質(zhì)可以包括在基帶中或者作為載波一部分傳播的數(shù)據(jù)信號，其中承載了計算機可讀的程序代碼。這種傳播的數(shù)據(jù)信號可以采用多種形式，包括——但不限于——電磁信號、光信號或上述的任意合適的組合。計算機可讀的信號介質(zhì)還可以是計算機可讀存儲介質(zhì)以外的任何計算機可讀介質(zhì)，該計算機可讀介質(zhì)可以發(fā)送、傳播或者傳輸用于由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用的程序。計算機可讀介質(zhì)上包含的程序代碼可以用任何適當?shù)慕橘|(zhì)傳輸，包括一但不限于一無線、有線、光纜、RF等等，或者上述的任意合適的組合?？梢砸砸环N或多種程序設(shè)計語言的任意組合來編寫用于執(zhí)行本發(fā)明操作的計算機程序代碼，所述程序設(shè)計語言包括面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言一諸如Java、Smalltalk、C++等，還包括常規(guī)的過程式程序設(shè)計語言一諸如“C”語言、BASIC語言或類似的程序設(shè)計語言。程序代碼可以完全地在用戶計算機上執(zhí)行、部分地在用戶計算機上執(zhí)行、作為一個獨立的軟件包執(zhí)行、部分在用戶計算機上部分在遠程計算機上執(zhí)行、或者完全在遠程計算機或服務(wù)器上執(zhí)行。在涉及遠程計算機的情形中，遠程計算機可以通過任意種類的網(wǎng)絡(luò)一包括局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)—連接到用戶計算機，或者，可以連接到外部計算機(例如利用因特網(wǎng)服務(wù)提供商來通過因特網(wǎng)連接)。在此將參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、裝置(系統(tǒng))和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或框圖描述本發(fā)明。應(yīng)當理解，諸如在圖5中提供的流程圖和/或框圖的每個方框以及流程圖和/或框圖中各方框的組合，都可以由計算機程序指令實現(xiàn)。這些計算機程序指令可以提供給通用計算機、專用計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器，從而生產(chǎn)出一種機器，使得這些計算機程序指令在通過計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行時，產(chǎn)生了實現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個或多個方框中規(guī)定的功能/動作的裝置。也可以把這些計算機程序指令存儲在計算機可讀介質(zhì)中，這些指令使得計算機、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置、或其他設(shè)備以特定方式工作，從而，存儲在計算機可讀介質(zhì)中的指令就產(chǎn)生出包括實現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個或多個方框中規(guī)定的功能/動作的指令的制造品(article of manufacture)0也可以把計算機程序指令加載到計算機、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置、或其它設(shè)備上，使得在計算機、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置或其它設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟，以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的過程，從而使得在計算機或其它可編程裝置上執(zhí)行的指令能夠提供實現(xiàn)流程圖和/或框圖中的方框中規(guī)定的功能/操作的過程。附圖中的流程圖和框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個實施例的系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品的可能實現(xiàn)的體系架構(gòu)、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個方框可以代表一個模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個或多個用于實現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。也應(yīng)當注意，在有些作為替換的實現(xiàn)中，方框中所標注的功能也可以以不同于附圖中所標注的順序發(fā)生。例如，兩個連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功能或動作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來實現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計算機指令的組合來實現(xiàn)。需要指出，此處描述的任何方法可以包括提供一種系統(tǒng)的額外步驟，該系統(tǒng)包括包含在計算機可讀存儲介質(zhì)中的獨特軟件模塊；這些模塊例如可以包括在框圖中示出和/或在此描述的任意或所有要素；通過舉例但非限制性地，初始化模塊、用于通過測試點和參數(shù)循環(huán)的模塊、用于生成輸出文件的輸出模塊、用于減少數(shù)據(jù)和搜索異常的后處理模塊等。然后可以使用上述在一個或多個硬件處理器602上執(zhí)行的系統(tǒng)的獨特軟件模塊和/或子模塊執(zhí)行方法步驟。此外，計算機程序產(chǎn)品可以包括計算機可讀存儲介質(zhì)，該介質(zhì)包含適合于被實現(xiàn)為執(zhí)行此處描述的一個或多個方法步驟的代碼，其中包括為系統(tǒng)提供獨特軟件模塊。在任何情況下都應(yīng)該理解，此處示例的組件可通過各種形式的硬件、軟件或它們的組合來實現(xiàn)；例如，專用集成電路(ASIC)、功能電路、包含相關(guān)存儲器等的一個或多個適當編程的通用數(shù)字計算機。給出此處提供的本發(fā)明教導(dǎo)之后，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能夠構(gòu)想本發(fā)明組件的其它實施方式。在此使用的術(shù)語是僅僅用于描述具體實施例的目的，而不旨在限制本發(fā)明。在此使用的單數(shù)形式的“一”、“一個”和“該”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中明確地另外指出。還應(yīng)理解，在用于該說明書中時，術(shù)語“包括”和/或“包含”規(guī)定所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或附加。在下面的權(quán)利要求中的所有裝置或步驟加功能要素的對應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動作和等價物旨在包括用于與具體地要求保護的其他要求保護的要素組合地執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動作。本發(fā)明的說明書是為了示例和說明的目的而給出的，而不旨在以所公開的形式窮舉或限制本發(fā)明。只要不脫離本發(fā)明的范圍和精神，多種修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。為了最好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，且為了使本領(lǐng)域的其他普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的具有適于所預(yù)期的特定用途的各種修改的各種實施例，選擇和描述了實施例。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括: 提供納米流體器件，所述納米流體器件包括納米流體通路以及在所述納米流體通路內(nèi)的電解質(zhì)，所述納米流體通路具有導(dǎo)電表面；以及 對所述導(dǎo)電表面施加電壓以電化學地改變所述納米流體通路的尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過氧化所述導(dǎo)電表面，減小所述納米流體通路的尺寸。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過減小所述導(dǎo)電表面的厚度，增大所述納米流體通路的尺寸。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使得離子電流流過所述納米流體通路以及監(jiān)視所述離子電流的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述納米流體器件包括具有大量納米流體通路的納米過濾膜，所述方法還包括電化學地改變所述膜內(nèi)的所述納米流體通路的尺寸的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括監(jiān)視流過所述納米過濾膜的離子電流。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述提供納米流體器件包括: 提供基板，所述基板包括以電導(dǎo)體為界的所述納米流體通路；以及 用電解質(zhì)填充所述納米流體通路。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括:為所述納米流體通路設(shè)定目標尺寸；監(jiān)視所述納米流體通路的尺寸；以及當達到所述目標尺寸時，中斷減小所述納米流體通路的尺寸。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述納米流體通路是納米孔。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述減小所述納米流體通路的尺寸包括在所述導(dǎo)體與所述電解質(zhì)之間施加電勢。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述納米流體通路是所述基板中的表面溝道。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述基板包括膜，所述膜包括穿過該膜延伸的大量納米流體通路，每個所述納米流體通路以所述導(dǎo)體為界，所述方法還包括通過在所述導(dǎo)體上電化學地形成氧化物而減小所述納米流體通路的尺寸的步驟。
13.如權(quán)利要求2所述的方法，包括: 提供流體元件的陣列，每個所述流體元件通過一個或多個納米流體器件而被連接到所述陣列中的一個或多個其他流體元件；以及 通過使得氧化層在選定的納米流體通路中的所述導(dǎo)電表面上電化學地生長，選擇性地閉合一個或多個所述納米流體通路。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中選擇性地閉合的步驟包括在所述導(dǎo)電表面與所述電解質(zhì)之間施加電勢。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成納米流體器件包括: 在基板中形成具有比目標尺寸大的尺寸的納米流體通路； 在所述基板上形成導(dǎo)電層，由此減小所述納米流體通路的尺寸， 用電解質(zhì)填充所述納米流體通路；且所述方法包括: 電化學地氧化所述導(dǎo)電層，直到所述流體通路具有所述目標尺寸。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述電化學地氧化所述導(dǎo)電層的步驟包括在所述電解質(zhì)與所述導(dǎo)電層之間施加電勢。
17.如權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的方法，還包括監(jiān)視流過所述納米流體通路的離子電流的步驟。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述納米流體通路是溝道。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述溝道被形成為具有位于所述基板的表面中的開口，所述方法還包括當在所述基板上形成所述導(dǎo)電層時閉合所述開口的步驟。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述導(dǎo)電層選自鈦、鎢和鉭。
21.一種計算機程序產(chǎn)品，用于控制包括位于基板中的納米流體通路的納米流體器件，所述納米流體通路包括導(dǎo)電表面并容納電解質(zhì): 計算機可讀存儲介質(zhì)，其中包含計算機可讀程序代碼，所述計算機可讀程序代碼包括: 被配置為便于在所述電解質(zhì)與所述導(dǎo)電表面之間施加足以引起所述導(dǎo)電表面的氧化的電勢的計算機可讀程序代碼；以及 被配置為監(jiān)視流過所述納米流體通路的離子電流的計算機可讀程序代碼。
22.如權(quán)利要求21所述的計算機程序產(chǎn)品，還包括被配置為隨著所述導(dǎo)電表面被氧化而連續(xù)地監(jiān)視離子電流的計算機可讀程序代碼。
23.如權(quán)利要求21所述的計算機程序產(chǎn)品，還包括被配置為交替地監(jiān)視所述離子電流和在所述電解質(zhì)與所述導(dǎo) 電表面之間施加電勢直到達到所需的納米流體通路尺寸的計算機可讀程序代碼。
全文摘要
通過使用反饋系統(tǒng)，以受控方式閉合或打開諸如納米溝道和納米孔的納米流體通路。在存在電解質(zhì)的通路內(nèi)生長或去除氧化物層，直到通路達到選定尺寸或者通路被閉合。在制造期間測量納米流體通路的尺寸變化。流過通路的離子電流水平可被用來確定通路尺寸?？赏ㄟ^對元件之間的流體通路的選擇性氧化而控制流過流體元件的陣列的流體流。
文檔編號B81C1/00GK103189305SQ201180052447
公開日2013年7月3日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者P·S·瓦格納, S·哈雷爾, S·羅斯納格爾 申請人:國際商業(yè)機器公司