CN108579831B - 一种基于微流控的纳米孔分离或检测结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于微流控的纳米孔分离或检测结构，从下至上依次包括底层、中间层、上层，所述底层与中间层之间、中间层与上层之间均设有纳米孔芯片，所述底层、中间层、上层内均设有连通所述纳米孔芯片表面的微流道，所述上层设有电极接口，所述微流道与所述电极接口连通。本发明具有易于安装和可自行组合的特点，可封装现有单个纳米孔芯片或纳米孔阵列芯片，将纳米孔检测、分离技术与微流控技术结合，进而减少实验中纳米孔安装的时间，可实现纳米孔芯片的高通量，多级串联应用。该芯片可以通过两种底层微流道类型和两种上层流道类型，组合出四种类型的单级到多级的芯片，能满足固态纳米孔的大部分封装要求。

Description

一种基于微流控的纳米孔分离或检测结构

技术领域

本发明涉及纳米芯片技术领域，特别是涉及一种基于微流控的纳米孔分离或检测结构。

背景技术

随着纳米科学技术的发展，纳米孔单分子技术已成为生命科学领域应用研究最强有力的 工具之一。利用纳米孔检测技术可以在单分子水平上进行生物物理学研究，结合光学或电学 检测方法研究DNA分子的折叠/解折叠、双链DNA的解链过程以及单分子DNA-蛋白质作用 分子机制；也可以将其应用于单分子水平上广义的“早期诊断”，包括DNA甲基化、HIV蛋白 酶及特异性miRNA检测；甚至可以实现单分子DNA直接测序这一极大挑战。

纳米孔传感器可以是生物体的一部分，也可以由固态材料制备得到。目前，不同纳米孔 技术研究团队依据各自的应用领域，设计出各种各样的纳米孔系统，所采用的技巧和结构各 不相同，这严重影响了实验操作人员的实验效率，在纳米孔装卸、制备过程中花费了大量的 时间，且存在易损坏，系统不稳定等问题。设计一种普遍适用，易于安装，可自行组合的纳 米孔封装系统、芯片将能大大提高实验人员的研究效率，减少纳米孔的损坏率，使开展纳米 孔测试实验变得简捷。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于微流控的纳米孔分离或 检测芯片，用于解决现有技术中纳米孔封装系统功能单一，无法普遍适用，纳米孔易损坏， 系统不稳定等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种基于微流控的纳米孔分离或 检测结构，从下至上依次包括底层、中间层、上层，所述底层与中间层之间、中间层与上层 之间均设有纳米孔芯片，所述底层、中间层、上层内均设有连通所述纳米孔芯片表面的微流 道，所述上层设有电极接口，所述微流道与所述电极接口连通。

在本发明的一些实施例中，所述底层、中间层、上层的侧壁均设有定位孔。

在本发明的一些实施例中，所述中间层的数量为个或多个，所述中间层的数量为多个时， 所述中间层之间设有纳米孔芯片。

在本发明的一些实施例中，所述底层从下至上依次包括底片、底部微流道层、底部固定 层，所述纳米孔芯片固定在所述底部固定层上侧，所述底部微流道层内设有连通至所述纳米 孔芯片底部的微流道。该底层即为光学检测型底层。

在本发明的一些实施例中，所述底层从下至上依次包括加厚微流道层、底部固定层，所 述纳米孔芯片固定在所述底部固定层上侧，所述加厚微流道层内开设有连通至所述纳米孔芯 片底部的微流道。该底层即为非光学检测型底层。

在本发明的一些实施例中，所述中间层从下至上包括第一中部固定层、中部微流道层、 第二中部固定层，所述第一中部固定层下部、第二中部固定层上部均固定有纳米孔芯片，所 述中部微流道层内设有连通至所述纳米孔芯片的微流道。

在本发明的一些实施例中，所述纳米孔芯片固定至各层的沉孔内，所述纳米孔芯片的上 表面设有垫圈。

在本发明的一些实施例中，所述上层包括第一固定层，所述第一固定层的底部固定有纳 米孔芯片，所述第一固定层的上部开设有开设有位于所述纳米孔芯片上方的通孔。该上层即 为可纳米操控的上层。

在本发明的一些实施例中，所述上层从下至上依次包括第二固定层、上部微流道层和接 口层，所述第二固定层的底部固定有纳米孔芯片，所述上部微流道层上开设有微流道，该微 流道连通至所述纳米孔芯片的纳米孔。该上层即为非纳米操控的上层。

在本发明的一些实施例中，所述微流道包括流入通道及流出通道。

在本发明的一些实施例中，用于固定所述纳米孔芯片及开设微流道的各层材质选自 PMMA、PVC、PDMS中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，所述纳米孔芯片为单孔纳米孔芯片或纳米孔阵列芯片，纳米 孔孔径为1nm-100nm。

本发明分别对上层和底层结构重新设计，分别设计出可光学检测、非光学检测的底层以 及可纳米操控、非纳米操控的上层，再根据需要设计中间层的层数，通过上层和底层结构组 合，组装得到可纳米操控、非纳米操控、可光学检测、非光学检测的纳米孔芯片结构，有效 解决现有纳米孔芯片结构和功能单一，无法满足多用途需求的缺陷。

本发明第二方面提供一种可纳米操控的光学检测纳米孔结构，从下至上依次包括底层、 中间层、上层，所述底层与中间层之间、中间层与上层之间均设有纳米孔芯片，所述底层、 中间层、上层内均设有连通所述纳米孔芯片表面的微流道，所述上层设有电极接口，所述微 流道与所述电极接口连通，所述底层从下至上依次包括底片、底部微流道层、底部固定层， 所述纳米孔芯片固定在所述底部固定层上侧，所述底部微流道层内设有连通至所述纳米孔芯 片底部的微流道，所述上层包括第一固定层，所述第一固定层的底部固定有纳米孔芯片，所 述第一固定层的上部开设有位于所述纳米孔芯片上方的通孔。现有的纳米孔结构功能单一， 难以同时进行纳米操控和光学检测，本发明有效克服上述缺陷，将纳米操控和光学检测功能 集合在同一结构中，有效提高实验效率。

如上所述，本发明的一种基于微流控的纳米孔分离或检测结构，具有以下有益效果：本 发明具有易于安装和可自行组合的特点，可封装现有单个纳米孔芯片或纳米孔阵列芯片，将 纳米孔检测、分离技术与微流控技术结合，进而减少实验中纳米孔安装的时间，可实现纳米 孔芯片的高通量，多级串联应用。该芯片可以通过两种底层微流道类型和两种上层流道类型， 组合出四种类型的单级到多级的芯片，能满足固态纳米孔的大部分封装要求。

附图说明

图1显示为本发明实施例中基于微流控的纳米孔分离、检测芯片立体结构示意图。

图2-1a显示为本发明实施例的底层微流道示意图。

图2-1b显示为图2-1a的A-A剖视图。

图2-2显示为本发明实施例的光学检测底层B部放大示意图。

图2-3显示为本发明实施例的非光学检测底层B部放大示意图。

图3-1a显示为本发明实施例的中间层微流道示意图。

图3-1b显示为图3-1a的C-C剖视图。

图3-2显示为本发明实施例的中间层D部放大示意图。

图4显示为本发明实施例的纳米孔芯片检测通道示意图。

图5-1a显示为本发明实施例可纳米操控的上层示意图。

图5-1b显示为图5-1a的E-E剖视图。

图5-2显示为图5-1b的F部放大示意图。

图5-3a显示为本发明实施例非纳米操控的上层微流道示意图。

图5-3b显示为图5-3a的G-G剖视图。

图5-4显示为图5-3b的H部放大示意图。

编号说明：

1—底层

101—底层微流道

102—底部固定层

103—底部微流道层

104—底片

105—加厚微流道层

2—中间层

201—中间层微流道

202—通孔

203—中部固定层

204—中部微流道层

205—中部固定层

3—上层

301—上层微流道

302—第一固定层

303—接口层

304—上部微流道层

305—第二固定层

4—电极接口

5—纳米孔芯片

51—第一芯片

52—第二芯片

6—垫圈

7—定位孔

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置； 所有压力值和范围都是指绝对压力。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以 存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明； 还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设 备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其 他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤 的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的 改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

随着纳米孔测试技术的发展，纳米孔测试的应用领域得到了极大的拓展。本发明设计了 基于微流控技术的纳米孔分离、检测芯片。该芯片主要由底层微流道、中间层微流道、上层 流道、流体及电极接口、纳米孔芯片、垫圈及定位孔组成。具有普遍适用，易于安装和可自 行组合的优点，可封装现有单个纳米孔芯片或纳米孔阵列芯片，将纳米孔检测、分离技术与 微流控技术结合，进而减少实验中纳米孔安装的时间，可实现纳米孔芯片的高通量、多级串 联应用。该芯片可以通过两种底层微流道类型和两种上层流道类型，组合出四种类型单级到 多级的芯片，能满足固态纳米孔的大部分封装要求。

如图1所示，为了使得纳米孔系统具有普遍适用，易于安装和可自行组合的性质，本发 明设计一种基于微流控技术的纳米孔芯片，可封装现有单个纳米孔芯片或纳米孔阵列芯片， 将纳米孔检测、分离技术与微流控技术结合，进而减少实验中纳米孔安装的时间，可实现纳 米孔芯片的高通量，多级串联应用。该芯片包括底层1、中间层2、上层3、电极接口4、纳 米孔芯片5、垫圈6及定位孔7。当所需固定的纳米孔芯片5只有一个时，直接将纳米孔芯片 安装在底层1和上层3之间，不需要中间层2；当所需安装纳米孔5的个数n大于等于2时， 中间层2的数量为n-1，每两层之间固定一个纳米孔芯片5。

本发明是通过如下设计方案实现的：

(1)设计可供光学检测的底层微流道结构和非光学检测的底层微流道结构

图2-1a显示为本发明实施例的底层微流道示意图，图2-1b显示为图2-1a的A-A剖视图。

可供光学检测的底层微流道采用PMMA、PVC、PDMS等常用微流控芯片设计材料加工， 本实施例采用PDMS，如图2-2所示，从下至上依次包括底片104、底部微流道层103、底部固定层102，纳米孔芯片5固定在底部固定层102上侧，底部微流道层103内设有连通至纳 米孔芯片5底部的微流道。

底层微流道101的厚度≤100μm，为了使流入纳米孔芯片表面的液体接触均匀、充盈， 采用S型的微流道设计。该流道可以与底部固定层102结合直接通过PDMS开模制得，也可 以是采用3M等公司生产的小于100μm的双面胶加工流道获得。

底部固定层102采用常用的PDMS微流道制作方式制得，该层中间开窗依据纳米孔芯片 的外形设计，如图1开窗为3*3mm的矩形窗，矩形窗的厚度小于或等于纳米孔芯片厚度；与 微流道连通面的圆形窗口直径小于等于矩形窗口(纳米孔芯片尺寸)的2/3，使得PDMS层 能有效隔离溶液与纳米孔芯片侧面接触；圆形窗口开窗厚度小于100μm，使得纳米孔芯片表 面与底片的距离小于200μm，可以满足普通显微镜及TIRF荧光显微镜的需求。

底层的底片104的作用是配合显微镜，底片104的材料可以是玻璃，也可以是PVC等材 料，其长宽与整个微流控芯片的尺寸一致，其厚度为标准的盖玻片尺寸(0.05mm-0.64mm)。

将底片104、底部微流道层103、底部固定层102依次键合或者粘贴，可构成完整的光学 检测用的底层1。

如图2-3所示，非光学检测的底层微流道采用PMMA、PVC、PDMS等常用微流控芯片设计材料加工，本实施例采用PDMS，从下至上依次包括加厚微流道层105、底部固定层102。

加厚微流道层105采用PMMA、PVC、PDMS等常用微流控芯片设计材料加工，本实施例采用PMMA，直接通过微加工或者注塑制得。

将底部固定层102键合或者粘贴上至加厚微流道层105后，可构成完整的非光学检测用 的底层1。

(2)设计中间层微流道

如图3-1a、图3-1b和图3-2所示，中间层2可以实现纳米孔芯片的固定、纳米孔表面与 中间层微流道的连通。中间层2从下至上包括第一中部固定层205、中部微流道层204、第二 中部固定层203，第一中部固定层205下部、第二中部固定层203上部均固定有纳米孔芯片5， 中部微流道层204内设有连通至纳米孔芯片5的中间层微流道201，具体地，第一中部固定 层205下部固定有第一芯片51，第二中部固定层203上部固定有第二芯片52，第一中部固定 层205的沉孔底部与第一芯片51之间设有垫圈6，具体地，第一中部固定层205的底部设置 有沉孔，该沉孔用于固定纳米孔芯片5，沉孔底部开设有通孔，该通孔连通至中间层微流道 201，沉孔的直径大于通孔的直径，垫圈6的内径略大于通孔的直径，有效避免流体从沉孔的 侧壁泄露。每个纳米孔芯片的上表面均放置有垫圈。

第二中部固定层203上设有多个通孔202，分别连通至底层微流道、中间层微流道，通 孔202的作用是让下层流道的接口与最上层的流体或者电极接口连通，即第一个中间层的通 孔202是为了让底层的流道与整个芯片最上面的接口连通；第2个中间层的通孔202是为了 让底层以及第1中间层的流道与最上层的接口连通。即通孔的数量会随着层数的增加依次增 加。

中层微流道的设计类似于底层微流道，其设计厚度不受限制，为了使流入纳米孔芯片表 面的液体接触均匀、充盈，采用S型的微流道设计。该流道可以与第二中部固定层203结合 直接通过PDMS开模制得，也可以与第一中部固定层205采用PVC、PMMA等材料注塑或 者加工制得，还可以由采用3M等公司生产的双面胶加工流道获得。

第二中部固定层203采用常用的PDMS微流道制作方式制得，该层中间开窗依据纳米孔 芯片的外形设计，开窗为3*3mm的矩形窗，矩形窗的厚度小于或等于纳米孔芯片厚度；与微 流道连通面的圆形窗口直径小于等于矩形窗口(纳米孔芯片尺寸)的2/3，使得PDMS层能 有效隔离溶液，避免其与纳米孔芯片侧面接触。

垫圈6可以采用PDMS材料或者聚四氟乙烯垫圈(o-ring)，外径或者外沿依据矩形窗的 尺寸选择，内径或者内沿大于纳米孔芯片的纳米孔开窗面积，使得液体能与芯片窗口完全接 触；

第一中部固定层205采用PVC、PMMA等材料注塑或者加工制得，其作用是与上一层PDMS层的芯片窗口结合构建纳米孔芯片的流体通道，如图4所示，既起到固定纳米孔芯片 5的作用，又能使得上下层流道与纳米孔芯片5上下表面良好接触。

(3)设计可供纳米操控的上层结构和非纳米操控的上层微流道结构；

如图5-1a、5-1b和5-2所示，可供纳米操控的上层3包括第一固定层302，采用PMMA、PVC、PDMS等常用微流控芯片设计材料加工，优先为PDMS，并可以与流体及电极接口4 加工为一体，构成包括芯片固定窗口、垫圈安装口和供纳米操控的开孔的单层芯片，第一固 定层302的底部固定有纳米孔芯片52，第一固定层302的上部开设有位于纳米孔芯片52上 方的通孔，用于纳米操控。

如图5-3a、5-3b和5-4所示，非纳米操控的上层3的纳米孔芯片上表面需要和上层微流 道301连通，即需要加工第二固定层305、上部微流道层304和接口层303三个部分。

第二固定层305采用PVC、PMMA等材料注塑或者加工制得，其作用是与上一层PDMS层的芯片窗口结合构建纳米孔芯片的流体通道，其结构类似于图4，既起到固定纳米孔芯片5 的作用，又能使得上下层流道与纳米孔芯片上下表面良好接触。

上层微流道的设计方案类似于中层和下层微流道，但其设计厚度不受限制，为了使流入 纳米孔芯片表面的液体接触均匀、充盈，采用S型的微流道设计。该流道可以与接口层303 结合直接通过PDMS开模制得，也可以与第二固定层305采用PVC、PMMA等材料注塑或者加工制得，还可以是采用3M等公司生产的双面胶加工流道获得。

接口层303采用PMMA、PVC、PDMS等常用微流控芯片设计材料加工，并可以与流体及电极接口4加工为一体。

(4)加工纳米孔芯片

纳米孔芯片5可以是单孔纳米孔芯片，也可以是纳米孔阵列芯片；

纳米孔芯片的纳米孔尺寸可以为用于DNA测序等的1nm左右的芯片，也可以是用于细 菌分离的数百纳米的芯片；即纳米孔的孔径为1nm-500nm。

纳米孔的制备可以在安装之前采用透射电镜，聚焦离子束，电击穿法等方式加工，也可 以在纳米孔芯片固定在本发明所设计的芯片内之后，采用电击穿法加工纳米孔。

纳米孔芯片的材料可以为氮化硅、三氧化二铝、二硫化钼、石墨烯等常用的纳米孔加工 材料；纳米孔芯片的纳米孔厚度可以为0.35-100nm；纳米孔芯片的整体厚度为100μm-500μm。

本发明具有如下特点：

该基于微流控技术的纳米孔分离或检测结构由底层微流道、中间层微流道、上层微流道、 流体及电极接口4、纳米孔芯片5、垫圈6及定位孔7组成。具有普遍适用，易于安装和可自 行组合的特点，可封装现有单个纳米孔芯片或纳米孔阵列芯片，将纳米孔检测、分离技术与 微流控技术结合，进而减少实验中纳米孔安装的时间，可实现纳米孔芯片的高通量，多级串 联应用。该芯片可以通过两种底层微流道类型和两种上层流道类型，组合出四种类型的单级 到多级的芯片，能满足固态纳米孔的大部分封装要求。

优点：

四种测量类型：普通检测类型；光学检测类型；纳米操控检测类型和纳米操控光学检测 类型；

单级或者多级纳米孔芯片封装灵活选择；芯片安装方便，流体需求量少。

实施方式分为四种类型的基于微流控的纳米孔测试系统：

(1)普通检测类型

该类型的芯片系统满足单级或者多级的常规纳米孔测试，纳米孔分离实验。由非光学检 测底层微流道，中间层微流道，非纳米操控的上层微流道和纳米孔芯片组装而成；其组装步 骤为：

1)将非光学检测的底层微流道放入微流控芯片夹持器固定，放入纳米孔芯片，并与底层 微流道的PDMS层贴合；

2)在纳米孔芯片上放置垫圈(o-ring)；

3)如果只需要进行单级的纳米孔测试，直接跳到第8步；

4)通过定位孔，盖上中间层微流道；

5)放入第下一级纳米孔芯片，并与上一层微流道的PDMS层贴合；

6)在纳米孔芯片上放置垫圈(o-ring)；

7)如果还需要加一级纳米孔芯片，则重复第4到第6步；

8)通过定位孔定位，盖上非纳米操控的上层微流道；

9)合上夹持器夹持件，使得各接触层接触良好，密封良好；

10)在芯片流体接口处加入缓冲溶液，连接电极即可进行相关测试、分离实验。

(2)光学检测类型

该类型的芯片系统满足单级或者多级的纳米孔光学电学结合测试需求，可进行光学检测 的纳米孔测试、分离实验。由光学检测底层微流道，中间层微流道，非纳米操控的上层微流 道和纳米孔芯片组装而成；其组装步骤为：

1)将光学检测的底层微流道放入微流控芯片夹持器固定，放入纳米孔芯片，并与底层微 流道的PDMS层贴合；

2)在纳米孔芯片上放置垫圈(o-ring)；

3)如果只需要进行单级的纳米孔测试，直接跳到第8步；

4)通过定位孔，盖上中间层微流道；

5)放入第下一级纳米孔芯片，并与上一层微流道的PDMS层贴合；

6)在纳米孔芯片上放置垫圈(o-ring)；

7)如果还需要加一级纳米孔芯片，则重复第4到第6步；

8)通过定位孔定位，盖上非纳米操控的上层微流道；

9)合上夹持器夹持件，使得各接触层接触良好，密封良好；

10)在芯片流体接口处加入缓冲溶液，连接电极，将芯片系统放置在倒置显微镜上即可 进行相关测试、分离实验。

(3)纳米操控检测类型

该类型的芯片系统满足单级或者多级的可进行纳米操控的纳米孔测试需求。由非光学检 测底层微流道，中间层微流道，纳米操控的上层流道和纳米孔芯片组装而成；其组装步骤为：

1)将非光学检测的底层微流道放入微流控芯片夹持器固定，放入纳米孔芯片，并与底层 微流道的PDMS层贴合；

2)在纳米孔芯片上放置垫圈(o-ring)；

3)如果只需要进行单级的纳米孔测试，直接跳到第8步；

4)通过定位孔，盖上中间层微流道；

5)放入第下一级纳米孔芯片，并与上一层微流道的PDMS层贴合；

6)在纳米孔芯片上放置垫圈(o-ring)；

7)如果还需要加一级纳米孔芯片，则重复第4到第6步；

8)通过定位孔定位，盖上纳米操控的上层微流道；

9)合上夹持器夹持件，使得各接触层接触良好，密封良好；

10)在芯片流体接口处加入缓冲溶液，连接电极，将芯片系统放置在原子力，STM等纳 米操控平台下即可进行纳米操控的相关实验。

(4)纳米操控光学检测类型

该类型的芯片系统满足单级或者多级的既可以光学检测，又可以进行纳米操控的纳米孔 测试需求。由光学检测底层微流道、中间层微流道、纳米操控的上层流道和纳米孔芯片组装 而成；其组装步骤为：

1)将光学检测的底层微流道放入微流控芯片夹持器固定，放入纳米孔芯片，并与底层微 流道的PDMS层贴合；

2)在纳米孔芯片上放置垫圈(o-ring)；

3)如果只需要进行单级的纳米孔测试，直接跳到第8步；

4)通过定位孔，盖上中间层微流道；

5)放入第下一级纳米孔芯片，并与上一层微流道的PDMS层贴合；

6)在纳米孔芯片上放置垫圈(o-ring)；

7)如果还需要加一级纳米孔芯片，则重复第4到第6步；

8)通过定位孔定位，盖上纳米操控的上层微流道；

9)合上夹持器夹持件，使得各接触层接触良好，密封良好；

10)在芯片流体接口处加入缓冲溶液，连接电极，将芯片系统放置搭建了纳米操控探针 的倒置显微镜平台上，即可进行纳米操控，光学检测的纳米孔相关实验。

纳米孔测试工作的实施流程如下：

1)清洗纳米孔芯片、微流控芯片；

2)准备缓冲溶液及待测样品，打开纳米孔测试过程中需要使用的显微镜、纳米操控系统、 膜片钳系统、电打孔系统等；

3)根据测试需求按前四个实施方式中的安装方式将纳米孔芯片固定到微流控芯片中，并 放置在显微镜载物台上固定，并调试好光学系统部分，使的光学系统能正常观察；

4)通过微流控芯片连接接口注入缓冲溶液，并连接电极；

5)如果纳米孔芯片的纳米孔是已经按需求加工好的，则直接进行第6步以后工作；如果 未加工则通过连接电极的打孔系统进行电击穿法打孔，使得纳米孔孔径满足测试需求；

6)采用膜片钳系统对纳米孔的性质(IV曲线，噪声)进行测试；

7)如果是非纳米操控的方式，则直接向缓冲溶液中加入待测样品；并进行第9步工作；

8)如果是纳米操控方式，则将修饰好样品的纳米操控探针进针到纳米孔芯片上方，并根 据纳米操控需求控制样品在纳米孔上方、周边及穿孔时的相对运动；

9)记录膜片钳系统、光学系统、纳米操控系统的信号；

10)根据需求分析纳米测试实验数据。

纳米孔分离工作的实施流程如下：

1)纳米孔阵列芯片的清洗、微流控芯片的清洗；

2)准备缓冲溶液及待分离样品；打开纳米孔分离过程中需要使用的显微镜、电泳/电压 系统；

3)根据分离需求选择前2个实施方式中的安装方式将纳米孔芯片固定到微流控芯片中，

并放置在显微镜载物台上固定，并调试好光学系统部分，使的光学系统能正常观察；

4)通过微流控芯片连接接口注入缓冲溶液，并连接电极；

5)通过与电极连接的电泳/电压系统向纳米孔阵列芯片两端加上电压(该值根据纳米孔 孔径的大小，阵列的个数及样品的性质进行选择)；

6)通过光学显微镜(荧光)观看分离过程；

7)将分离后的样品溶液取出，进行后序测试。

综上所述，本发明具有易于安装和可自行组合的特点，可封装现有单个纳米孔芯片或纳 米孔阵列芯片，将纳米孔检测、分离技术与微流控技术结合，进而减少实验中纳米孔安装的 时间，可实现纳米孔芯片的高通量，多级串联应用。该芯片可以通过两种底层微流道类型和 两种上层微流道类型，组合出四种类型的单级到多级的芯片，能满足固态纳米孔的大部分封 装要求。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种基于微流控的纳米孔分离或检测结构，其特征在于，从下至上依次包括底层(1)、中间层(2)、上层(3)，所述底层(1)与中间层(2)之间、中间层(2)与上层(3)之间均设有纳米孔芯片(5)，所述底层(1)、中间层(2)、上层(3)内均设有连通所述纳米孔芯片(5)表面的微流道，所述上层(3)设有电极接口(4)，所述微流道与所述电极接口(4)连通；

所述底层(1)选自以下两种结构中的任意一种：

光学检测底层，从下至上依次包括底片(104)、底部微流道层(103)、底部固定层(102)，所述纳米孔芯片(5)固定在所述底部固定层(102)上侧，所述底部微流道层(103)内设有连通至所述纳米孔芯片(5)底部的微流道；

非光学检测底层，从下至上依次包括加厚微流道层(105)、底部固定层(102)，所述纳米孔芯片(5)固定在所述底部固定层(102)上侧，所述加厚微流道层(105)内开设有连通至所述纳米孔芯片(5)底部的微流道；

所述中间层(2)从下至上包括第一中部固定层(205)、中部微流道层(204)、第二中部固定层(203)，所述第一中部固定层(205)下部、第二中部固定层(203)上部均固定有纳米孔芯片(5)，所述中部微流道层(204)内设有连通至所述纳米孔芯片(5)的微流道；

所述上层(3)选自以下两种结构中的任意一种：

可纳米操控的上层，包括第一固定层(302)，所述第一固定层(302)的底部固定有纳米孔芯片(5)，所述第一固定层(302)的上部开设有位于所述纳米孔芯片(5)上方的通孔；

非纳米操控的上层，从下至上依次包括第二固定层(305)、上部微流道层(304)和接口层(303)，所述第二固定层(305)的底部固定有纳米孔芯片(5)，所述上部微流道层(304)上开设有微流道，该微流道连通至所述纳米孔芯片(5)的纳米孔。

2.根据权利要求1所述的纳米孔分离或检测结构，其特征在于：所述底层(1)、中间层(2)、上层(3)的侧壁均设有定位孔(7)。

3.根据权利要求1所述的纳米孔分离或检测结构，其特征在于：所述中间层(2)的数量为1个或多个，所述中间层(2)的数量为多个时，所述中间层(2)之间设有纳米孔芯片(5)。

4.根据权利要求1所述的纳米孔分离或检测结构，其特征在于：所述纳米孔芯片(5)固定至各层的沉孔内，所述纳米孔芯片(5)的上表面设有垫圈(6)；

和/或，所述微流道包括流入通道及流出通道，用于固定所述纳米孔芯片(5)及开设微流道的各层材质选自PMMA、PVC、PDMS中的至少一种；

和/或，所述纳米孔芯片(5)为单孔纳米孔芯片或纳米孔阵列芯片，纳米孔孔径为1nm-500nm。

5.一种可纳米操控的光学检测纳米孔结构，其特征在于：从下至上依次包括底层(1)、中间层(2)、上层(3)，所述底层(1)与中间层(2)之间、中间层(2)与上层(3)之间均设有纳米孔芯片(5)，所述底层(1)、中间层(2)、上层(3)内均设有连通所述纳米孔芯片(5)表面的微流道，所述上层(3)设有电极接口(4)，所述微流道与所述电极接口(4)连通，所述底层(1)从下至上依次包括底片(104)、底部微流道层(103)、底部固定层(102)，纳米孔芯片(5)固定在所述底部固定层(102)上侧，所述底部微流道层(103)内设有连通至纳米孔芯片(5)底部的微流道，所述上层(3)包括第一固定层(302)，所述第一固定层(302)的底部固定有纳米孔芯片(5)，所述第一固定层(302)的上部开设有位于纳米孔芯片(5)上方的通孔。

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