微納流控芯片（Micro-nano fluidic chip）通過將一些功能部件集成在一塊硬幣大小的芯片上,形成控制流體貫穿整個系統(tǒng)的微納米通道網(wǎng)絡(luò),從而實現(xiàn)常規(guī)化學(xué)或者生物實驗室的部分功能。當(dāng)集成在微納流控芯片上的流道特征尺寸縮小至微米甚至納米尺度時,流體在通過流道時會在范德瓦爾茲力、靜電力、毛細(xì)管作用力等共同影響之下產(chǎn)生不同于宏觀尺度的流體特征。這些特征對微納流控芯片在流體操控、生物傳感、蛋白質(zhì)檢測以及DNA測序等方面的應(yīng)用有著重要影響。因此,為了探索流體在微納流控系統(tǒng)中的特殊性質(zhì),需要建立合適的、具有特定納米通道的微納流控體系。而氮化硼納米管和碳納米管材料具有納米級中空結(jié)構(gòu),非常適合作為納流道集成到微納流控芯片中。但是目前基于納米管的微納流控芯片研究還處于初級階段,芯片主要分為兩種結(jié)構(gòu)形式:一種是納米管處于水平方向上,連接兩側(cè)微儲液槽,另一種是納米管處于垂直方向由特殊薄膜支撐,分隔上下兩側(cè)的儲液槽。這兩種結(jié)構(gòu)形式的微納流控芯片裝置目前存在一定問題。例如,用于制作水平結(jié)構(gòu)的微納流道芯片的電子束光刻技術(shù)光刻效率低,不能批量生產(chǎn);垂直結(jié)構(gòu)的微納流控芯片不易與光學(xué)檢測手段相結(jié)合、穩(wěn)定性差... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖

第 1 章 緒論由于 CNTs 具有良好的電、熱、化學(xué)和電化學(xué)性能，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于量子導(dǎo)線、晶體管、熱傳導(dǎo)材料、鋰離子電池、超級電容、儲氫材料等領(lǐng)域[51]。并且由于其具有天然的納米級中空結(jié)構(gòu)，近年來開始被應(yīng)用于微納流控技術(shù)領(lǐng)域。Jiang[52]等人將 CNT 埋入 SiN 薄膜中，在 CNT 所在的直線上使用 TEM 打孔的方法鉆一個精確到納米尺度的孔，如圖 1.2（a）所示。這樣以來 CNT 可作為納米孔中的橫向電極調(diào)整納米孔內(nèi)部表面電勢，從而控制納米孔內(nèi)生物分子的傳輸。Crooks[53]等人將處理過的單根 MWCNT 嵌入到環(huán)氧樹脂中，使用金剛刀橫向切片得到嵌有 MWCNT 納米孔的環(huán)氧樹脂薄片，結(jié)合微納加工技術(shù)制備 MWCNT 納米孔裝置，如圖 1.2（b）所示。并通過此裝置對經(jīng)過修飾的聚乙烯球（PS）進(jìn)行尺寸和表面電荷測試。

圖 1.3 SWCNT 作為納米孔的微納流控芯片[54]a.紅色箭頭所指為 SWCNT,跨過中間壁壘連通兩側(cè)儲液槽; b.上下兩個微流道與儲液槽連接部分的光學(xué)顯微鏡圖像.2013 年 Geng[56]等人通過將直徑為 1.51±0.21 nm，長度為 5~15 nm 的 SWCNT插入磷脂雙分子層膜中分隔上下兩個儲液槽的方法，制備了以 SWCNT 為納米孔的納米孔傳感器檢測裝置（圖 1.4），并用此裝置研究 ssDNA 在納米孔中的隨機傳輸。實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)大分子過孔時會引起一個特異性的離子電流阻塞現(xiàn)象。同時也表明SWCNT 納米孔可以作為細(xì)胞膜孔的仿生裝置來研究在生物通道中的傳輸特性。同年，中科院高能物理所的 Liu[57]等人也做了類似的工作，他們將超短 SWCNT（直徑0.8~2 nm，長度 5~10 nm）與磷脂雙分子層膜結(jié)合形成一種新型的納米孔裝置（圖1.5），檢測了對 5-羥基胞嘧啶修飾的單鏈 DNA 過孔情況。他們在實驗中觀察到ssDNA 過孔時引起明顯的離子電流下降現(xiàn)象。說明此方法對篩選基因中特殊的 DNA片段有一定影響，并且這種新的檢測平臺在基因診斷、納米孔 DNA 測序以及其他的納米孔應(yīng)用方面有一定應(yīng)用前景。


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