具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法，其步驟包括：⑴芯片基材的選擇，選擇硅片為基材，在硅片正面沉積絕緣材料，反面沒(méi)有絕緣材料；⑵利用濕法刻蝕法在硅片反面刻蝕正方形區(qū)域，直到納米孔芯片薄膜在這一面裸露；⑶納米孔刻蝕，利用聚焦離子束或聚焦電子束轟擊納米孔芯片薄膜，在納米孔芯片薄膜上形成納米小孔；⑷貴金屬修飾，利用磁控濺射儀使納米孔芯片薄膜表面鍍上一層貴金屬層。本發(fā)明的制備方法步驟簡(jiǎn)單，尺寸可控，成本較低；通過(guò)在納米孔上的貴金屬修飾，制備了一種同時(shí)具有光電響應(yīng)納米孔芯片，該納米孔芯片能發(fā)生等離子體共振耦合現(xiàn)象，從而對(duì)光譜信號(hào)產(chǎn)生放大作用，可用于納米孔電化學(xué)檢測(cè)的較多領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米孔電分析檢測(cè)技術(shù)與納米散射光譜分析【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)，涉及一種具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米孔電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)是利用檢測(cè)單個(gè)分子在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下穿過(guò)納米尺寸的通道時(shí)產(chǎn)生的微弱離子流特征電信號(hào)來(lái)研究生物分子個(gè)體行為的技術(shù)。由于單個(gè)待測(cè)分子在納米孔中的物理占位作用改變了孔的電導(dǎo)，從而引起流經(jīng)納米孔的離子電流發(fā)生變化，形成阻斷電流信號(hào)。而每一個(gè)阻斷電流信號(hào)的電流強(qiáng)度、阻斷時(shí)間以及信號(hào)形狀與所述單個(gè)分子在納米孔內(nèi)的個(gè)體行為信息是直接相關(guān)的。通過(guò)對(duì)弱電流信號(hào)的超靈敏記錄，可直接獲取單個(gè)分子的變化信息，在單分子水平上實(shí)時(shí)、高靈敏地獲得生物分子構(gòu)象變化動(dòng)力學(xué)、分子間弱相互作用等信息。但是，目前的方法僅從一維的電流阻斷信號(hào)來(lái)對(duì)待測(cè)分子進(jìn)行研究，因而其獲取的信息存在較大的局限性。
[0003]納米散射光譜分析技術(shù)是利用單個(gè)分子對(duì)貴金屬表面等離子體共振散射光譜的影響來(lái)獲取納米尺度的信息。單個(gè)待測(cè)分子在接觸或接近貴金屬表面時(shí)會(huì)影響其表面的電場(chǎng)分布，從而使其等離子體共振散射光譜發(fā)生位移及強(qiáng)度變化。根據(jù)光譜的變化便可以進(jìn)一步獲取待測(cè)分子結(jié)構(gòu)，電性等信息。但是，其所獲取的僅僅是待測(cè)分子在貴金屬表面的靜態(tài)息。
[0004]將上述兩種方法結(jié)合起來(lái)便可彌補(bǔ)兩者之間的缺點(diǎn)，能夠建立一種靈敏度更高并獲取信息更多的檢測(cè)方法，這就需要制備同時(shí)具有光電響應(yīng)的納米孔傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決以上所述的問(wèn)題，提供一種可作為納米孔光電同步檢測(cè)的核心部件——具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法，用本發(fā)明的制備方法制備的具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片可應(yīng)用于生物分子的構(gòu)象變化及弱相互作用的檢測(cè)，在對(duì)納米孔過(guò)孔電流進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)對(duì)單個(gè)分子在通過(guò)納米孔道時(shí)進(jìn)行納米散射光譜信號(hào)的采集。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案。
[0007]—種具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法，其特征是，其步驟包括:
(1)芯片基材的選擇
芯片基材選擇厚100?500 n m的硅片，在所述硅片的正面沉積厚5?150nm的絕緣材料，所述絕緣材料為氮化硅、氧化鋁或二氧化硅的一種；在所述硅片的反面沒(méi)有絕緣材料；
(2)芯片的制作
利用濕法刻蝕法在步驟(I)所述硅片的反面刻蝕一個(gè)邊長(zhǎng)100?500 μ m的正方形區(qū)域，一直刻蝕到絕緣材料層為止，刻蝕后的正方形區(qū)域即為納米孔芯片薄膜； (3)納米孔刻蝕
利用聚焦離子束或聚焦電子束轟擊步驟(2)所述的納米孔芯片薄膜，使所述納米孔芯片薄膜上形成納米小孔，所述小孔的孔徑在20?IOOnm ；
(4)貴金屬修飾
利用磁控濺射儀在真空度0.1-10 Pa、功率為1-40 W/cm2的條件下對(duì)步驟(3)所述的納米小孔鍍膜5?30分鐘，從而使步驟(2)所述的納米孔芯片薄膜表面鍍上一層10?50nm厚的貴金屬層；
所述貴金屬修飾采用的靶材為金或者銀或者銅。
[0008]進(jìn)一步，所述的納米孔刻蝕步驟利用聚焦離子束或者聚焦電子束分兩次轟擊步驟
(2)所述的納米孔芯片薄膜，使所述納米孔芯片薄膜上形成兩個(gè)(或nXn陣列)尺寸相同、孔心距離為50?200nm的納米孔,所述納米孔的孔徑為20_100nm。
[0009]進(jìn)一步，所述貴金屬修飾步驟利用聚焦離子束誘導(dǎo)沉積法在步驟(3)所述的納米小孔外側(cè)薄膜上對(duì)稱地沉積出兩個(gè)三維貴金屬結(jié)構(gòu)，所述三維貴金屬結(jié)構(gòu)的橫截面為邊長(zhǎng)10?50nm的等邊三角形,所述三角形厚10?60nm,所述兩個(gè)三角形各有一個(gè)角指向所述納米小孔的中心?？蛇x的，所述的貴金屬修飾采用的靶材為金或者銀或者銅。
[0010]進(jìn)一步，在所述貴金屬修飾步驟后利用化學(xué)修飾法對(duì)貴金屬層進(jìn)一步修飾，采用化學(xué)修飾的方法將具有化學(xué)或者生物選擇性的分子修飾于步驟(4)所述的貴金屬層之上，使所述納米小孔對(duì)特定分子產(chǎn)生響應(yīng)，從而獲得其特征信號(hào)，用于分子結(jié)構(gòu)或分子間弱相互作用力的研究。
[0011]本發(fā)明具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法的積極效果是:
(I)通過(guò)在納米孔上進(jìn)行貴金屬修飾，制備了 一種同時(shí)具有光電響應(yīng)納米孔芯片。
[0012](2)用本發(fā)明的制備方法獲得的納米孔芯片能發(fā)生等離子體共振耦合現(xiàn)象，從而對(duì)光譜信號(hào)產(chǎn)生放大作用。
[0013](3)本發(fā)明的制備方法步驟簡(jiǎn)單，尺寸可控，成本較低；用其制備的具有等離子體共振散射效應(yīng)的納米孔芯片可應(yīng)用于生物分子的構(gòu)象變化及弱相互作用的檢測(cè)，在納米孔電化學(xué)檢測(cè)的同時(shí)對(duì)單個(gè)分子在通過(guò)納米孔道時(shí)進(jìn)行電流及納米散射光譜信號(hào)的采集。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為納米孔芯片薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為納米孔芯片薄膜上納米小孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為納米孔芯片薄膜上形成兩個(gè)納米孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4為納米小孔外側(cè)薄膜上對(duì)稱地沉積出兩個(gè)三維貴金屬結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下給出本發(fā)明具有等離子體共振散射響應(yīng)納米孔芯片的制備方法的【具體實(shí)施方式】，但是應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的實(shí)施不限于以下的實(shí)施方式。
[0019]實(shí)施例1
一種具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法，其步驟包括:
(I)芯片基材的選擇選擇厚100μm 的娃片作為芯片基材,在所述娃片的正面沉積厚5nm的絕緣材料，所述絕緣材料為氮化娃；在所述娃片的反面沒(méi)有絕緣材料。
[0020](2)芯片的制作
利用濕法刻蝕法在步驟(1)所述硅片的反面刻蝕一個(gè)邊長(zhǎng)100 μm的正方形區(qū)域，一直刻蝕到露出絕緣材料氮化硅為止；刻蝕后的正方形區(qū)域即為納米孔芯片薄膜(參見(jiàn)圖1)。
[0021](3)納米孔刻蝕
將步驟(2)所述的芯片置于等離子清洗機(jī)中清洗5分鐘，洗去納米孔芯片薄膜內(nèi)的污染物；再將芯片反面朝上置于真空艙內(nèi)，當(dāng)真空度小于10 Pa時(shí)，將鎵離子束垂直聚焦于納米孔芯片中間厚1Onm的氮化硅薄膜上，將離子束能量設(shè)定為30 kV，轟擊氮化硅薄膜5s，從而在氮化硅薄膜上刻蝕出直徑20nm的小孔(參見(jiàn)圖2)。
[0022](4)貴金屬修飾
將步驟(3)所述的芯片反面朝上置于磁控濺射儀的艙體內(nèi)，在真空度10ρΑ，功率lW/cm2的條件下，用金靶鍍膜5分鐘，在芯片上鍍上10nm厚的金膜，使納米孔的最終孔徑為20nm。鍍完金膜的芯片存放于惰性氣體環(huán)境下可避免芯片被腐蝕。
[0023]實(shí)施例2
一種具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法，其步驟包括:
(I)芯片基材的選擇
選擇厚300 μm的硅片作為芯片基材，在所述硅片的正面沉積厚50nm的絕緣材料，所述絕緣材料為氧化鋁；在所述硅片的反面沒(méi)有絕緣材料。
[0024](2)芯片的制作
利用濕法刻蝕法在步驟(1)所述硅片的反面刻蝕一個(gè)邊長(zhǎng)300 P m的正方形區(qū)域，一直刻蝕到露出絕緣材料氧化鋁為止；刻蝕后的正方形區(qū)域即為納米孔芯片薄膜(參見(jiàn)圖1)。
[0025](3)納米孔刻蝕
將步驟(2)所述的芯片置于等離子清洗機(jī)中清洗5分鐘，洗去納米孔芯片薄膜內(nèi)的污染物；再將芯片反面朝上置于真空艙內(nèi)，當(dāng)真空度小于10 Pa時(shí)，將聚焦電子束垂直聚焦于納米孔芯片中間厚10nm的氧化鋁薄膜上，將離子束能量設(shè)定為20kV，轟擊氧化鋁薄膜5s，從而在氧化鋁薄膜上刻蝕出直徑100nm的小孔(參見(jiàn)圖2)。
[0026](4)貴金屬修飾
將步驟(3)所述的芯片反面朝上置于磁控濺射儀的艙體內(nèi)，在真空度1pA，功率lOW/cm2的條件下，利用金離子源，將離子束聚焦于納米孔外側(cè)的薄膜上，采用聚焦離子束誘導(dǎo)沉積法使金沉積于所聚焦的位置；緩慢移動(dòng)聚焦的位置，使最終沉積所得的橫截面為邊長(zhǎng)1Onm的等邊三角形，厚20nm，兩個(gè)三角形各有一個(gè)角指向納米孔的中心(參見(jiàn)圖4)。鍍完金膜的芯片存放于惰性氣體環(huán)境下可避免芯片被腐蝕。
[0027]實(shí)施例3
一種具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法，其步驟包括:
(I)芯片基材的選擇
選擇厚500 P a的硅片作為芯片基材，在所述硅片的正面沉積厚100nm的絕緣材料，所述絕緣材料為二氧化硅；在所述硅片的反面沒(méi)有絕緣材料。
[0028](2)芯片的制作利用濕法刻蝕法在步驟(1)所述硅片的反面刻蝕一個(gè)邊長(zhǎng)500 --的正方形區(qū)域，一直刻蝕到露出絕緣材料二氧化硅為止；刻蝕后的正方形區(qū)域即為納米孔芯片薄膜(參見(jiàn)圖1)。
[0029](3)納米孔刻蝕
將步驟(2)所述的芯片置于等離子清洗機(jī)中清洗5分鐘，洗去納米孔芯片薄膜內(nèi)的污染物；再將芯片反面朝上置于真空艙內(nèi)，當(dāng)真空度小于10 Pa時(shí)，將鎵離子束垂直聚焦于納米孔芯片中間厚IOnm的二氧化硅薄膜上，將離子束能量設(shè)定為10kV，轟擊二氧化硅薄膜10s，從而在二氧化硅薄膜上刻蝕出直徑50nm的小孔(參見(jiàn)圖2)。
[0030]再將離子束水平移動(dòng)60nm的距離并在此位置重復(fù)打孔步驟，從而在二氧化硅薄膜上制備得到兩個(gè)納米孔(參見(jiàn)圖3)。
[0031](4)貴金屬修飾
將步驟(3)所述的芯片反面朝上置于磁控濺射儀的艙體內(nèi)，在真空度ΙΟρΑ，功率30W/cm2的條件下，用銀靶鍍膜20分鐘，在芯片上鍍上30nm厚的銀膜，使納米孔的最終孔徑為16nm。鍍完銀膜的芯片存放于惰性氣體環(huán)境下可避免芯片被腐蝕。
[0032]實(shí)施例4
一種具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法，其步驟包括:
(I)芯片基材的選擇
選擇厚200 μ m的硅片作為芯片基材，在所述硅片的正面沉積厚150nm的絕緣材料，所述絕緣材料為氮化娃；在所述娃片的反面沒(méi)有絕緣材料。
[0033](2)芯片的制作
利用濕法刻蝕法在步驟(1)所述硅片的反面刻蝕一個(gè)邊長(zhǎng)300 P m的正方形區(qū)域，一直刻蝕到露出絕緣材料氮化硅為止；刻蝕后的正方形區(qū)域即為納米孔芯片薄膜(參見(jiàn)圖1)。
[0034](3)納米孔刻蝕
將步驟(2)所述的芯片置于等離子清洗機(jī)中清洗5分鐘，洗去納米孔芯片薄膜內(nèi)的污染物；再將芯片反面朝上置于真空艙內(nèi)，當(dāng)真空度小于10 Pa時(shí)，將聚焦電子束垂直聚焦于納米孔芯片中間厚IOnm的氮化硅薄膜上，將離子束能量設(shè)定為10kV，轟擊氮化硅薄膜10s，從而在氮化硅薄膜上刻蝕出直徑30nm的小孔(參見(jiàn)圖2)。
[0035]再將離子束水平移動(dòng)60nm的距離并在此位置重復(fù)打孔步驟，從而在氮化硅薄膜上制備得到兩個(gè)納米孔(參見(jiàn)圖3)。
[0036](4)貴金屬修飾
將步驟(3)所述的芯片反面朝上置于磁控濺射儀的艙體內(nèi)，在真空度0.1pA，功率40W/cm2的條件下，用銅靶鍍膜30分鐘，在芯片上鍍上50nm厚的銅膜，使納米孔的最終孔徑為16nm。鍍完銅膜的芯片存放于惰 性氣體環(huán)境下可避免芯片被腐蝕。
[0037]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明方法的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法，其特征在于，其步驟包括: (1)芯片基材的選擇芯片基材選擇厚100?500 μ a的硅片，在所述硅片的正面沉積厚5?150nm的絕緣材料，所述絕緣材料為氮化硅、氧化鋁或二氧化硅的一種；在所述硅片的反面沒(méi)有絕緣材料； (2)芯片的制作 利用濕法刻蝕法在步驟(I)所述硅片的反面刻蝕一個(gè)邊長(zhǎng)100?500 H m的正方形區(qū)域，一直刻蝕到絕緣材料層為止，刻蝕后的正方形區(qū)域即為納米孔芯片薄膜； (3)納米孔刻蝕 利用聚焦離子束或聚焦電子束轟擊步驟(2)所述的納米孔芯片薄膜，使所述納米孔芯片薄膜上形成納米小孔，所述小孔的孔徑在20?IOOnm ； (4)貴金屬修飾 利用磁控濺射儀在真空度0.1-10 Pa、功率為1-40 W/cm2的條件下對(duì)步驟(3)所述的納米小孔鍍膜5?30分鐘，從而使步驟(2)所述的納米孔芯片薄膜表面鍍上一層10?50nm厚的貴金屬層； 所述貴金屬修飾采用的靶材為金或者銀或者銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法，其特征在于，所述的納米孔刻蝕步驟利用聚焦離子束或者聚焦電子束分兩次轟擊步驟(2)所述的納米孔芯片薄膜，使所述納米孔芯片薄膜上形成兩個(gè)(或nXn陣列)尺寸相同、孔心距離為50?200nm的納米孔，所述納米孔的孔徑為20_100nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法，其特征在于，所述貴金屬修飾步驟利用聚焦離子束誘導(dǎo)沉積法在步驟(3)所述的納米小孔外側(cè)薄膜上對(duì)稱地沉積出兩個(gè)三維貴金屬結(jié)構(gòu)，所述三維貴金屬結(jié)構(gòu)的橫截面為邊長(zhǎng)10?50nm的等邊三角形,所述三角形厚10?60nm,所述兩個(gè)三角形各有一個(gè)角指向所述納米小孔的中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法，其特征在于，所述的貴金屬修飾采用的靶材為金或者銀或者銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有等離子體共振散射響應(yīng)的納米孔芯片的制備方法，其特征在于，在所述貴金屬修飾步驟后利用化學(xué)修飾法對(duì)貴金屬層進(jìn)一步修飾，采用化學(xué)修飾的方法將具有化學(xué)或者生物選擇性的分子修飾于步驟(4)所述的貴金屬層之上，使所述納米小孔對(duì)特定分子產(chǎn)生響應(yīng)，從而獲得其特征信號(hào)，用于分子結(jié)構(gòu)或分子間弱相互作用力的研究。
【文檔編號(hào)】G01N21/63GK103512869SQ201310471454
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】龍億濤, 顧震, 李萌, 應(yīng)佚倫, 周浩 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)