基于纳米管的微纳流控芯片研究
发布时间：2021-03-05 01:49
微纳流控芯片（Micro-nano fluidic chip）通过将一些功能部件集成在一块硬币大小的芯片上,形成控制流体贯穿整个系统的微纳米通道网络,从而实现常规化学或者生物实验室的部分功能。当集成在微纳流控芯片上的流道特征尺寸缩小至微米甚至纳米尺度时,流体在通过流道时会在范德瓦尔兹力、静电力、毛细管作用力等共同影响之下产生不同于宏观尺度的流体特征。这些特征对微纳流控芯片在流体操控、生物传感、蛋白质检测以及DNA测序等方面的应用有着重要影响。因此,为了探索流体在微纳流控系统中的特殊性质,需要建立合适的、具有特定纳米通道的微纳流控体系。而氮化硼纳米管和碳纳米管材料具有纳米级中空结构,非常适合作为纳流道集成到微纳流控芯片中。但是目前基于纳米管的微纳流控芯片研究还处于初级阶段,芯片主要分为两种结构形式:一种是纳米管处于水平方向上,连接两侧微储液槽,另一种是纳米管处于垂直方向由特殊薄膜支撑,分隔上下两侧的储液槽。这两种结构形式的微纳流控芯片装置目前存在一定问题。例如,用于制作水平结构的微纳流道芯片的电子束光刻技术光刻效率低,不能批量生产;垂直结构的微纳流控芯片不易与光学检测手段相结合、稳定性差...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳纳米管结构示意图
第 1 章 绪论由于 CNTs 具有良好的电、热、化学和电化学性能，现已被广泛应用于量子导线、晶体管、热传导材料、锂离子电池、超级电容、储氢材料等领域[51]。并且由于其具有天然的纳米级中空结构，近年来开始被应用于微纳流控技术领域。Jiang[52]等人将 CNT 埋入 SiN 薄膜中，在 CNT 所在的直线上使用 TEM 打孔的方法钻一个精确到纳米尺度的孔，如图 1.2（a）所示。这样以来 CNT 可作为纳米孔中的横向电极调整纳米孔内部表面电势，从而控制纳米孔内生物分子的传输。Crooks[53]等人将处理过的单根 MWCNT 嵌入到环氧树脂中，使用金刚刀横向切片得到嵌有 MWCNT 纳米孔的环氧树脂薄片，结合微纳加工技术制备 MWCNT 纳米孔装置，如图 1.2（b）所示。并通过此装置对经过修饰的聚乙烯球（PS）进行尺寸和表面电荷测试。
图 1.3 SWCNT 作为纳米孔的微纳流控芯片[54]a.红色箭头所指为 SWCNT,跨过中间壁垒连通两侧储液槽; b.上下两个微流道与储液槽连接部分的光学显微镜图像.2013 年 Geng[56]等人通过将直径为 1.51±0.21 nm，长度为 5~15 nm 的 SWCNT插入磷脂双分子层膜中分隔上下两个储液槽的方法，制备了以 SWCNT 为纳米孔的纳米孔传感器检测装置（图 1.4），并用此装置研究 ssDNA 在纳米孔中的随机传输。实验发现当大分子过孔时会引起一个特异性的离子电流阻塞现象。同时也表明SWCNT 纳米孔可以作为细胞膜孔的仿生装置来研究在生物通道中的传输特性。同年，中科院高能物理所的 Liu[57]等人也做了类似的工作，他们将超短 SWCNT（直径0.8~2 nm，长度 5~10 nm）与磷脂双分子层膜结合形成一种新型的纳米孔装置（图1.5），检测了对 5-羟基胞嘧啶修饰的单链 DNA 过孔情况。他们在实验中观察到ssDNA 过孔时引起明显的离子电流下降现象。说明此方法对筛选基因中特殊的 DNA片段有一定影响，并且这种新的检测平台在基因诊断、纳米孔 DNA 测序以及其他的纳米孔应用方面有一定应用前景。
本文编号：3064350
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳纳米管结构示意图
第 1 章 绪论由于 CNTs 具有良好的电、热、化学和电化学性能，现已被广泛应用于量子导线、晶体管、热传导材料、锂离子电池、超级电容、储氢材料等领域[51]。并且由于其具有天然的纳米级中空结构，近年来开始被应用于微纳流控技术领域。Jiang[52]等人将 CNT 埋入 SiN 薄膜中，在 CNT 所在的直线上使用 TEM 打孔的方法钻一个精确到纳米尺度的孔，如图 1.2（a）所示。这样以来 CNT 可作为纳米孔中的横向电极调整纳米孔内部表面电势，从而控制纳米孔内生物分子的传输。Crooks[53]等人将处理过的单根 MWCNT 嵌入到环氧树脂中，使用金刚刀横向切片得到嵌有 MWCNT 纳米孔的环氧树脂薄片，结合微纳加工技术制备 MWCNT 纳米孔装置，如图 1.2（b）所示。并通过此装置对经过修饰的聚乙烯球（PS）进行尺寸和表面电荷测试。
图 1.3 SWCNT 作为纳米孔的微纳流控芯片[54]a.红色箭头所指为 SWCNT,跨过中间壁垒连通两侧储液槽; b.上下两个微流道与储液槽连接部分的光学显微镜图像.2013 年 Geng[56]等人通过将直径为 1.51±0.21 nm，长度为 5~15 nm 的 SWCNT插入磷脂双分子层膜中分隔上下两个储液槽的方法，制备了以 SWCNT 为纳米孔的纳米孔传感器检测装置（图 1.4），并用此装置研究 ssDNA 在纳米孔中的随机传输。实验发现当大分子过孔时会引起一个特异性的离子电流阻塞现象。同时也表明SWCNT 纳米孔可以作为细胞膜孔的仿生装置来研究在生物通道中的传输特性。同年，中科院高能物理所的 Liu[57]等人也做了类似的工作，他们将超短 SWCNT（直径0.8~2 nm，长度 5~10 nm）与磷脂双分子层膜结合形成一种新型的纳米孔装置（图1.5），检测了对 5-羟基胞嘧啶修饰的单链 DNA 过孔情况。他们在实验中观察到ssDNA 过孔时引起明显的离子电流下降现象。说明此方法对筛选基因中特殊的 DNA片段有一定影响，并且这种新的检测平台在基因诊断、纳米孔 DNA 测序以及其他的纳米孔应用方面有一定应用前景。
本文编号：3064350
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