CN215103267U - 基于脂质分子封层的纳米孔检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，装置包括：阻隔层，形成有多个纳米孔，上方具有公共液体腔；腔体层，包括多个独立腔体；微流道结构，用于溶液的注入；油相液封层，油相液封层与独立腔体中的水相反应溶液形成油水界面，以将水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体中；脂质分子封层，包括亲水基团及疏水基团，亲水基团溶解于水相反应溶液中，疏水基团溶解于油相液封层中。本实用新型通过油相液封层及脂质分子封层将水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体中，实现独立腔体的“双层液封”，避免独立腔体之间可能会发生的盐溶液交叉泄漏，实现独立腔体封闭的效果。

Description

基于脂质分子封层的纳米孔检测装置

技术领域

本实用新型属于生物检测装置及制造领域，特别是涉及一种基于脂质分子封层的纳米孔检测装置、制作方法及应用。

背景技术

目前的纳米孔测序技术大多使用测量离子电流的形式来测量DNA过孔产生的阻塞电流，根据不同碱基的尺寸信息和电荷信息的差异，导致阻塞电流的大小不同，因此不同的碱基对应不同的阻塞电流，从而可以解析出DNA的序列信息；在纳米孔一般在一层绝缘薄膜上，例如生物纳米孔镶嵌在绝缘的脂质双分子层薄膜上，固态纳米孔通过半导体加工工艺制备在固态的绝缘薄膜上；纳米孔和绝缘薄膜放置在电介质溶液中(一般为KCl溶液)，将溶液分隔成两个部分；在绝缘薄膜两侧施加驱动电压，此驱动电压有2个作用：一方面电压会驱动盐溶液中的带电离子穿过纳米孔，带电离子的运动产生过孔的离子电流；驱动电压的另一方面作用是驱动带电的DNA分子运动而穿过纳米孔，DNA分子在纳米孔中移动时会阻塞纳米孔中的离子的运动，因此离子电流的强度会下降，形成阻塞电流；由于DNA的四个碱基的尺寸和电荷信息都不同，不同的碱基产生的阻塞电流大小不同，这是纳米孔测序的基本原理。

如果需要提高测序的通量，则需要大量的纳米孔同时开展测序，纳米孔往往制备在纳米孔阵列芯片上，纳米孔阵列芯片可以共用一个溶液体系和一个公共电极，但是每个纳米孔还需要有独立的电极和独立的溶液腔室，并且这些独立的电极和溶液腔室之间需要有足够的密封条件，独立腔室之间的盐溶液不能发生泄漏，否则每个纳米孔中产生的离子电流信号会出现漏电流和串扰现象，造成信号的噪声提高和交叉干扰等不利现象，影响信号的准确解读。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于脂质分子封层的纳米孔检测装置、制作方法及应用，用于解决现有技术中纳米孔阵列的各个纳米孔中产生的离子电流信号容易出现漏电流和串扰的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，所述检测装置包括：阻隔层，所述阻隔层中形成有贯穿所述阻隔层的多个纳米孔，所述阻隔层上方具有公共液体腔；腔体层，位于所述阻隔层下方，包括多个独立腔体，每个所述独立腔体对应配置有所述纳米孔；微流道结构，位于所述腔体层下方，用于将水相反应溶液注入至所述独立腔体，以及将油相液封层及脂质分子封层注入至所述腔体层下表面；油相液封层，位于所述腔体层下表面，所述油相液封层与所述独立腔体中的水相反应溶液形成油水界面，以将所述水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体中；脂质分子封层，位于所述油水界面，所述脂质分子封层包括亲水基团及疏水基团，所述亲水基团溶解于所述水相反应溶液中，所述疏水基团溶解于所述油相液封层中。

可选地，所述纳米孔包括固态纳米孔及生物纳米孔中的一种，所述固态纳米孔的阻隔层包括绝缘介质层，所述生物纳米孔的所述阻隔层包括脂质分子层和嵌段共聚物分子层中的一种，所述绝缘介质层包括氮化硅、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锌、氧化钛、氮化硼、二硫化钼及石墨烯中的一种，所述脂质分子层包括磷脂双分子层。

可选地，所述固态纳米孔的形状包括圆柱形、锥形、塔形及漏斗形中的一种。

可选地，所述纳米孔的最小孔径为0.1～99nm。

可选地，所述阻隔层中的多个所述纳米孔与所述腔体层中的多个所述独立腔体均呈周期性阵列排布。

可选地，还包括电极结构，所述电极结构包括设置于所述公共液体腔内的共用电极以及设置于每个所述独立腔体中的独立电极。

可选地，所述独立腔体为圆柱形空腔，所述圆柱形空腔的直径为1～1000μm，相邻两圆柱形空腔的间隔为2～5000μm。

可选地，所述脂质分子封层包括磷脂类分子、糖脂类分子、甘油二酯、甘油三酯及甘油磷酸中的一种。

可选地，所述亲水基团包括羟基，羧基，羧基，氨基，磷酸中的一种，所述疏水基团包括烷烃链。

可选地，所述检测装置用于DNA序列的检测，通过在所述纳米孔两侧施加驱动电压，以驱动所述水相反应溶液中的离子运动产生电流，同时驱动DNA链穿过所述纳米孔，所述DNA链在穿过所述纳米孔时对所述离子运动产生阻塞，形成阻塞电流，根据所述阻塞电流与所述DNA的序列的对应关系，通过测定所述阻塞电流的大小以确定所述DNA的序列。

本实用新型还提供一种基于脂质分子封层的纳米孔检测装置的应用方法，包括：1)基于所述微流道结构将水相反应溶液注入至所述独立腔体、；2)基于所述微流道结构将溶解有脂质分子的油相液封层注入至所述腔体层下表面，所述油相液封层与所述独立腔体中的水相反应溶液形成油水界面，所述脂质分子在所述油水界面自组织形成脂质分子封层，所述脂质分子封层包括亲水基团及疏水基团，所述亲水基团溶解于所述水相反应溶液中，所述疏水基团溶解于所述油相液封层中，以将所述水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体中；3)通过在所述纳米孔两侧施加驱动电压，以驱动所述水相反应溶液中的离子运动产生电流，同时驱动所述水相反应溶液中的DNA链穿过所述纳米孔，所述DNA链在穿过所述纳米孔时对所述离子运动产生阻塞，形成阻塞电流，根据所述阻塞电流与所述DNA的序列的对应关系，通过测定所述阻塞电流的大小以确定所述DNA的序列。

本实用新型还提供一种基于脂质分子封层的纳米孔检测装置的制作方法，所述制作方法包括步骤：1)提供衬底，于所述衬底上形成介质层，于所述介质层上形成阻隔层；2)刻蚀所述衬底以形成公共液体腔；3)刻蚀所述介质层，以在所述介质层中形成多个独立腔体，以形成腔体层；4)于所述阻隔层中形成纳米孔，每个所述独立腔体对应配置有所述纳米孔；5)于所述腔体层下方形成微流道结构，所述微流道结构用于将水相反应溶液注入至所述独立腔体，以及将油相液封层注入至所述腔体层下表面；6)于所述腔体层下表面形成溶解有脂质分子的油相液封层，所述油相液封层与所述独立腔体中的水相反应溶液形成油水界面，所述脂质分子在所述油水界面自组织形成脂质分子封层，所述脂质分子封层包括亲水基团及疏水基团，所述亲水基团溶解于所述水相反应溶液中，所述疏水基团溶解于所述油相液封层中，以将所述水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体中。

可选地，还包括制备电极结构的步骤，所述电极结构包括设置于所述公共液体腔内的共用电极以及设置于每个所述独立腔体中的独立电极。

可选地，步骤4)所述纳米孔包括固态纳米孔及生物纳米孔中的一种，所述固态纳米孔的阻隔层包括绝缘介质层，所述生物纳米孔的所述阻隔层包括脂质分子层和嵌段共聚物分子层中的一种，所述绝缘介质层包括氮化硅、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锌、氧化钛、氮化硼、二硫化钼及石墨烯中的一种，所述脂质分子层包括磷脂双分子层。

可选地，于所述阻隔层中形成固态纳米孔的方法包括步骤：于所述独立腔体形成导电金属；于所述导电金属上形成对应于每个所述独立腔体的独立电极，所述独立电极显露部分所述独立腔体以形成移除窗口，于所述公共液体腔内制作共用电极，所述独立电极及共用电极的熔解温度大于所述导电金属的熔解温度；通过在所述独立电极与公用电极施加击穿电压，使所述导电金属击穿所述阻隔层，以在所述阻隔层中同时形成与每个独立腔体对应的纳米孔；通过加热熔解的方式，自所述移除窗口去除所述导电金属。

可选地，所述导电金属包括镉、锡、铟及铋中的一种，所述独立电极及共用电极的材料包括铜、铝、氮化钛、金及铂中的一种。

可选地，所述固态纳米孔的形状包括圆柱形、锥形、塔形及漏斗形中的一种。

可选地，所述脂质分子封层包括磷脂类分子、糖脂类分子、甘油二酯、甘油三酯及甘油磷酸中的一种。

可选地，所述亲水基团包括羟基，羧基，羧基，氨基，磷酸中的一种，所述疏水基团包括烷烃链。

如上所述，本实用新型的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置、制作方法及应用，具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，在水相溶液充满公共液体腔及独立腔体后，通过微流道注入油相液封层，油相液封层会将微流道中的水相溶液挤走并替换，铺满腔体层的下表面，在表面张力的作用下，独立腔体中的水相溶液不会被油相液封层替换，而是被油相液封层封闭在独立腔体中，形成油水界面，将水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体中，预防独立腔体之间可能会发生的盐溶液交叉泄漏，实现独立腔体封闭的效果。公共液体腔中可以直接注入水相的反应溶液，或者通过微流道注入。

本实用新型在油水界面自组装形成脂质分子封层，脂质分子封层的存在会增强液封效果，其与油相液封层共同实现独立腔体的“双层液封”，进一步避免反应过程中出现液体泄漏，为独立腔体实现更好的封闭液体腔的效果。

本实用新型于所述独立腔体形成导电金属，并通过施加击穿电压的方式在阻隔层中同时形成与每个独立腔体对应的纳米孔，之后通过加热熔解的方式去除导电金属，一方面可以实现高对准精度的纳米孔阵列的制备，另一方面，可以有效降低纳米孔阵列的制备成本，具有工艺简单、稳定的优点。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置的结构示意图。

图2～图5显示为本实用新型实施例的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置的纳米孔实施方式示意图。

图6及图7显示为本实用新型实施例的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置的脂质分子封层的结构示意图。

图8显示为本实用新型实施例的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置的应用方法步骤流程示意图。

图9显示为本实用新型实施例的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置的制作方法步骤流程示意图。

元件标号说明

101 腔体层

102 独立腔体

103 阻隔层

104 纳米孔

105 微流道结构

106 油相液封层

107 油水界面

108 公共液体腔

109 独立电极

110 共用电极

111 脂质分子封层

1111 亲水基团

1112 疏水基团

S11～S13 步骤

S21～S26 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1～图7所示，本实施例提供一种基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，所述检测装置包括：公共液体腔108、阻隔层103、腔体层101、微流道结构105、油相液封层106及脂质分子封层111。

如图1所示，所述阻隔层103中形成有贯穿所述阻隔层103的多个纳米孔104。

所述纳米孔104包括固态纳米孔104及生物纳米孔104中的一种，所述固态纳米孔104的阻隔层103包括绝缘介质层，所述生物纳米孔104的所述阻隔层103包括脂质分子层和嵌段共聚物分子层中的一种，所述绝缘介质层包括氮化硅、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锌、氧化钛、氮化硼、二硫化钼及石墨烯中的一种，所述脂质分子层包括磷脂双分子层。在本实施例中，所述纳米孔104为固态纳米孔104，所述阻隔层103为氮化硅层。

如图2所示，在一个实施例中，所述固态纳米孔104的形状为圆柱形，所述纳米孔104的直径可以为0.1～99nm，优选地，所述纳米孔104的直径为1～5nm。

如图3所示，在另一实施例中，所述固态纳米孔104的形状为锥形，该锥形的纳米孔104存在一最小孔径，该最小孔径可以为0.1～99nm，优选地，该最小孔径为1～5nm。将所述固态纳米孔104设置为锥形，一方面可以有效降低所述固态纳米孔104的实际厚度(即最小孔径处对应的阻隔层103的厚度较小)，可以在保证测量精度的同时，避免纳米孔104被完全堵塞，保证水相反应溶液中DNA的流动，另一方面，可以降低DNA在纳米孔104中的实际移动距离，提高检测准确度。

如图4所示，在又一实施例中，所述固态纳米孔104的形状为塔形，该塔形的纳米孔104包括两个或多个不同直径的圆孔依次连接而成，该塔形的纳米孔104存在一最小孔径，该最小孔径可以为0.1～99nm，优选地，该最小孔径为1～5nm。将所述固态纳米孔104设置为塔形，一方面可以有效降低所述固态纳米孔104的实际厚度(即最小孔径处对应的阻隔层103的厚度较小)，可以在保证测量精度的同时，避免纳米孔104被完全堵塞，保证水相反应溶液中DNA的流动，另一方面，可以降低DNA在纳米孔104中的实际移动距离，提高检测准确度。

如图5所示，在又一实施例中，所述固态纳米孔104的形状为漏斗形，该漏斗形的纳米孔104包括两个相对的锥形孔连接而成，该漏斗形的纳米孔104存在一最小孔径，该最小孔径可以为0.1～99nm，优选地，该最小孔径为1～5nm。将所述固态纳米孔104设置为漏斗形，一方面可以有效降低所述固态纳米孔104的实际厚度(即最小孔径处对应的阻隔层103的厚度较小)，可以在保证测量精度的同时，避免纳米孔104被完全堵塞，保证水相反应溶液中DNA的流动，另一方面，可以降低DNA在纳米孔104中的实际移动距离，提高检测准确度。

如图1所示，所述公共液体腔108位于所述阻隔层103上方，用于承载水相反应溶液，所述公共液体腔108的水相反应溶液可以直接注入，或者通过微流道结构注入。

如图1所示，所述腔体层101位于所述阻隔层103下方，所述腔体层101包括多个独立腔体102，每个所述独立腔体102对应配置有一个所述纳米孔104。所述腔体层101的材料可以为二氧化硅等，通过光刻-刻蚀的方式在二氧化硅刻蚀出所述多个独立腔体102，所述独立腔体102可以为圆柱形空腔，所述圆柱形空腔的直径为1～1000μm，相邻两圆柱形空腔的间隔为2～5000μm。当然，在其他的实施例中，所述独立空腔的形状也可以是椭圆形、多边形等其他形状，并不限于此处所列举的示例。

在本实施例中，所述阻隔层103中的多个所述纳米孔104与所述腔体层101中的多个所述独立腔体102均呈周期性阵列排布，以提高检测的通量及效率。

如图1所示，所述微流道结构105位于所述腔体层101下方，用于将水相反应溶液注入至所述独立腔体102，以及将油相液封层106及脂质分子封层111注入至所述腔体层101下表面。

如图1所示，所述油相液封层106位于所述腔体层101下表面，所述油相液封层106与所述独立腔体102中的水相反应溶液形成油水界面107，以将所述水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体102中。在水相溶液充满公共液体腔108及独立腔体102后，通过微流道注入油相液封层106，油相液封层106会将微流道中的水相溶液挤走并替换，铺满所述腔体层101的下表面，如图1所示，在表面张力的作用下，独立腔体102中的水相溶液不会被油相液封层106替换，而是被油相液封层106封闭在独立腔体102中，形成油水界面107，将水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体102中，预防独立腔体102之间可能会发生的盐溶液交叉泄漏，实现独立腔体102封闭的效果。

如图6及图7所示，所述脂质分子封层111位于所述油水界面107，所述脂质分子封层111包括亲水基团1111及疏水基团1112，所述亲水基团1111溶解于所述水相反应溶液中，所述疏水基团1112溶解于所述油相液封层中。所述脂质分子封层111包括双亲性分子，当双亲性分子单独溶解在水溶液中，双亲性分子会慢慢在水溶液表面发生自组装行为，其亲水基团1111溶解在水中，疏水基团1112分布在空气中；当双亲性分子单独溶解在油相有机溶剂中时，同样也会发生自组装行为，其疏水基团1112(如烷烃链)溶解在油相中，亲水基团1111分布在空气中；在油相和水相的混合液体中，双亲性分子会在油水界面发生自组装行为，亲水基团1111溶解在水溶液中，疏水基团1112溶解在油相溶剂中。在本实施例中，所述脂质分子封层包括磷脂类分子、糖脂类分子、甘油二酯、甘油三酯及甘油磷酸中的一种。作为示例，如图7所示，所述亲水基团1111包括羟基，羧基，羧基，氨基，磷酸中的一种，所述疏水基团1112包括烷烃链，在本实施例中，所述烷烃链的条数为1～3条。

本实用新型在油水界面自组装形成脂质分子封层，脂质分子封层的存在会增强液封效果，其与油相液封层共同实现独立腔体的“双层液封”，进一步避免反应过程中出现液体泄漏，为独立腔体实现更好的封闭液体腔的效果。

如图1所示，所述检测装置还包括电极结构，所述电极结构包括设置于所述公共液体腔108内的共用电极110以及设置于每个所述独立腔体102中的独立电极109。

所述检测装置用于DNA序列的检测，通过在所述纳米孔104两侧施加驱动电压，以驱动所述水相反应溶液中的离子运动产生电流，同时驱动DNA链穿过所述纳米孔104，所述DNA链在穿过所述纳米孔104时对所述离子运动产生阻塞，形成阻塞电流，根据所述阻塞电流与所述DNA的序列的对应关系，通过测定所述阻塞电流的大小以确定所述DNA的序列。

如图8所示，本实用新型还提供一种基于脂质分子封层的纳米孔检测装置的应用方法，包括：

步骤1)S11，基于所述微流道结构105将水相反应溶液注入至所述独立腔体102，所述水相反应溶液包含有待测DNA以及电介质溶液，所述电介质溶液例如可以氯化钾(KCl)溶液；

步骤2)S12，基于所述微流道结构105将溶解有脂质分子的油相液封层106注入至所述腔体层101下表面，所述油相液封层106与所述独立腔体102中的水相反应溶液形成油水界面107，所述脂质分子在所述油水界面自组织形成脂质分子封层111，所述脂质分子封层111包括亲水基团1111及疏水基团1112，所述亲水基团1111溶解于所述水相反应溶液中，所述疏水基团1112溶解于所述油相液封层106中，以将所述水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体102中，实现“双层液封”的效果；

步骤3)S13，通过在所述纳米孔104两侧施加驱动电压，以驱动所述水相反应溶液中的离子运动产生电流，同时驱动所述水相反应溶液中的DNA链穿过所述纳米孔104，所述DNA链在穿过所述纳米孔104时对所述离子运动产生阻塞，形成阻塞电流，根据所述阻塞电流与所述DNA的序列的对应关系，通过测定所述阻塞电流的大小以确定所述DNA的序列。

如图1～图7及图9所示，本实用新型还提供一种基于脂质分子封层的纳米孔检测装置的制作方法，所述制作方法包括步骤：

如图1及图9所示，首先进行步骤1)S21，提供衬底，于所述衬底上形成介质层，于所述介质层上形成阻隔层103。

在本实施例中，所述衬底为硅衬底，所述介质层为二氧化硅层，所述阻隔层103包括绝缘介质层或脂质分子层和嵌段共聚物分子层中的一种，所述绝缘介质层包括氮化硅、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锌、氧化钛、氮化硼、二硫化钼及石墨烯中的一种，所述脂质分子层包括磷脂双分子层，具体地，根据后续所形成的纳米孔104的不同，所述纳米孔104包括固态纳米孔104及生物纳米孔104中的一种，所述固态纳米孔104的阻隔层103包括绝缘介质层，所述生物纳米孔104的所述阻隔层103包括脂质分子层和嵌段共聚物分子层中的一种。

如图1及图9所示，然后进行步骤2)S22，刻蚀所述衬底以形成公共液体腔108。

如图1及图9所示，然后进行步骤3)S23，刻蚀所述介质层，以在所述介质层中形成多个独立腔体102，以形成腔体层101。

所述腔体层101的材料可以为二氧化硅等，通过光刻-刻蚀的方式在二氧化硅刻蚀出所述多个独立腔体102，所述独立腔体102可以为圆柱形空腔，所述圆柱形空腔的直径为1～1000μm，相邻两圆柱形空腔的间隔为2～5000μm。当然，在其他的实施例中，所述独立空腔的形状也可以是椭圆形、多边形等其他形状，并不限于此处所列举的示例。

在本实施例中，所述阻隔层103中的多个所述纳米孔104与所述腔体层101中的多个所述独立腔体102均呈周期性阵列排布，以提高检测的通量及效率。

如图1及图9所示，然后进行步骤4)S24，于所述阻隔层103中形成纳米孔104，每个所述独立腔体102对应配置有所述纳米孔104。

所述纳米孔104包括固态纳米孔104及生物纳米孔104中的一种，在本实施例中，所述纳米孔104为固态纳米孔104，所述固态纳米孔104的形状包括圆柱形、锥形、塔形及漏斗形中的一种。

如图2所示，在一个实施例中，所述固态纳米孔104的形状为圆柱形，所述纳米孔104的直径可以为0.1～99nm，优选地，所述纳米孔104的直径为1～5nm。

如图3所示，在另一实施例中，所述固态纳米孔104的形状为锥形，该锥形的纳米孔104存在一最小孔径，该最小孔径可以为0.1～99nm，优选地，该最小孔径为1～5nm。将所述固态纳米孔104设置为锥形，一方面可以有效降低所述固态纳米孔104的实际厚度(即最小孔径处对应的阻隔层103的厚度较小)，可以在保证测量精度的同时，避免纳米孔104被完全堵塞，保证水相反应溶液中DNA的流动，另一方面，可以降低DNA在纳米孔104中的实际移动距离，提高检测准确度。

如图4所示，在又一实施例中，所述固态纳米孔104的形状为塔形，该塔形的纳米孔104包括两个或多个不同直径的圆孔依次连接而成，该塔形的纳米孔104存在一最小孔径，该最小孔径可以为0.1～99nm，优选地，该最小孔径为1～5nm。将所述固态纳米孔104设置为塔形，一方面可以有效降低所述固态纳米孔104的实际厚度(即最小孔径处对应的阻隔层103的厚度较小)，可以在保证测量精度的同时，避免纳米孔104被完全堵塞，保证水相反应溶液中DNA的流动，另一方面，可以降低DNA在纳米孔104中的实际移动距离，提高检测准确度。

如图5所示，在又一实施例中，所述固态纳米孔104的形状为漏斗形，该漏斗形的纳米孔104包括两个相对的锥形孔连接而成，该漏斗形的纳米孔104存在一最小孔径，该最小孔径可以为0.1～99nm，优选地，该最小孔径为1～5nm。将所述固态纳米孔104设置为漏斗形，一方面可以有效降低所述固态纳米孔104的实际厚度(即最小孔径处对应的阻隔层103的厚度较小)，可以在保证测量精度的同时，避免纳米孔104被完全堵塞，保证水相反应溶液中DNA的流动，另一方面，可以降低DNA在纳米孔104中的实际移动距离，提高检测准确度。

在本实施例中，于所述阻隔层103中形成固态纳米孔104的方法包括步骤：

步骤4-1)于所述独立腔体102形成导电金属；于所述导电金属上形成对应于每个所述独立腔体102的独立电极109，所述独立电极109显露部分所述独立腔体102以形成移除窗口，于所述公共液体腔108内制作共用电极110，所述独立电极109及共用电极110的熔解温度大于所述导电金属的熔解温度；

步骤4-2)通过在所述独立电极109与公用电极施加击穿电压，使所述导电金属击穿所述阻隔层103，以在所述阻隔层103中同时形成与每个独立腔体102对应的纳米孔104；

步骤4-3)通过加热熔解的方式，自所述移除窗口去除所述导电金属。

例如，所述导电金属包括镉、锡、铟及铋中的一种，所述独立电极109及共用电极110的材料包括铜、铝、氮化钛、金及铂中的一种。

本实用新型于所述独立腔体102形成导电金属，并通过施加击穿电压的方式在阻隔层103中同时形成与每个独立腔体102对应的纳米孔104，之后通过加热熔解的方式去除导电金属，一方面可以实现高对准精度的纳米孔104阵列的制备，另一方面，可以有效降低纳米孔104阵列的制备成本，具有工艺简单、稳定的优点。

如图1及图9所示，然后进行步骤5)S25，于所述腔体层101下方形成微流道结构105，所述微流道结构105用于将水相反应溶液注入至所述独立腔体102，以及将油相液封层106注入至所述腔体层101下表面。

如图1及图9所示，然后进行步骤6)S26，于所述腔体层101下表面形成溶解有脂质分子的油相液封层106，所述油相液封层106与所述独立腔体102中的水相反应溶液形成油水界面107，所述脂质分子在所述油水界面自组织形成脂质分子封层111，所述脂质分子封层111包括亲水基团1111及疏水基团1112，所述亲水基团1111溶解于所述水相反应溶液中，所述疏水基团1112溶解于所述油相液封层106中，以将所述水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体102中。

如图1所示，在表面张力的作用下，独立腔体102中的水相溶液不会被油相液封层106替换，而是被油相液封层106封闭在独立腔体102中，形成油水界面107，将水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体102中，预防独立腔体102之间可能会发生的盐溶液交叉泄漏，实现独立腔体102封闭的效果。

所述油相液封层106溶解有脂质分子的浓度范围为1μM～10M，在本实施例中，所述油相液封层106溶解有脂质分子的浓度范围为100μM～1000mM。

如图6及图7所示，所述脂质分子封层111位于所述油水界面107，所述脂质分子封层111包括亲水基团1111及疏水基团1112，所述亲水基团1111溶解于所述水相反应溶液中，所述疏水基团1112溶解于所述油相液封层中。所述脂质分子封层111包括双亲性分子，当双亲性分子单独溶解在水溶液中，双亲性分子会慢慢在水溶液表面发生自组装行为，其亲水基团1111溶解在水中，疏水基团1112分布在空气中；当双亲性分子单独溶解在油相有机溶剂中时，同样也会发生自组装行为，其疏水基团1112(如烷烃链)溶解在油相中，亲水基团1111分布在空气中；在油相和水相的混合液体中，双亲性分子会在油水界面发生自组装行为，亲水基团1111溶解在水溶液中，疏水基团1112溶解在油相溶剂中。在本实施例中，所述脂质分子封层包括磷脂类分子、糖脂类分子、甘油二酯、甘油三酯及甘油磷酸中的一种。作为示例，如图7所示，所述亲水基团1111包括羟基，羧基，羧基，氨基，磷酸中的一种，所述疏水基团1112包括烷烃链，在本实施例中，所述烷烃链的条数为1～3条。

本实用新型在油水界面自组装形成脂质分子封层，脂质分子封层的存在会增强液封效果，其与油相液封层共同实现独立腔体的“双层液封”，进一步避免反应过程中出现液体泄漏，为独立腔体实现更好的封闭液体腔的效果。

如上所述，本实用新型的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置、制作方法及应用，具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，在水相溶液充满公共液体腔及独立腔体后，通过微流道注入油相液封层，油相液封层会将微流道中的水相溶液挤走并替换，铺满腔体层的下表面，在表面张力的作用下，独立腔体中的水相溶液不会被油相液封层替换，而是被油相液封层封闭在独立腔体中，形成油水界面，将水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体中，预防独立腔体之间可能会发生的盐溶液交叉泄漏，实现独立腔体封闭的效果。

本实用新型在油水界面自组装形成脂质分子封层，脂质分子封层的存在会增强液封效果，其与油相液封层共同实现独立腔体的“双层液封”，进一步避免反应过程中出现液体泄漏，为独立腔体实现更好的封闭液体腔的效果。

本实用新型于所述独立腔体形成导电金属，并通过施加击穿电压的方式在阻隔层中同时形成与每个独立腔体对应的纳米孔，之后通过加热熔解的方式去除导电金属，一方面可以实现高对准精度的纳米孔阵列的制备，另一方面，可以有效降低纳米孔阵列的制备成本，具有工艺简单、稳定的优点。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：

阻隔层，所述阻隔层中形成有贯穿所述阻隔层的多个纳米孔，所述阻隔层上方具有公共液体腔；

腔体层，位于所述阻隔层下方，包括多个独立腔体，每个所述独立腔体对应配置有所述纳米孔；

微流道结构，位于所述腔体层下方，用于将水相反应溶液注入至所述独立腔体，以及将油相液封层及脂质分子封层注入至所述腔体层下表面；

油相液封层，位于所述腔体层下表面，所述油相液封层与所述独立腔体中的水相反应溶液形成油水界面，以将所述水相反应溶液封闭并隔绝于各自的独立腔体中；

脂质分子封层，位于所述油水界面，所述脂质分子封层包括亲水基团及疏水基团，所述亲水基团溶解于所述水相反应溶液中，所述疏水基团溶解于所述油相液封层中。

2.根据权利要求1所述的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，其特征在于：所述脂质分子封层包括磷脂类分子、糖脂类分子、甘油二酯、甘油三酯及甘油磷酸中的一种。

3.根据权利要求1所述的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，其特征在于：所述亲水基团包括羟基，羧基，羧基，氨基，磷酸中的一种，所述疏水基团包括烷烃链。

4.根据权利要求1所述的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，其特征在于：所述纳米孔包括固态纳米孔及生物纳米孔中的一种，所述固态纳米孔的阻隔层包括绝缘介质层，所述生物纳米孔的所述阻隔层包括脂质分子层和嵌段共聚物分子层中的一种，所述绝缘介质层包括氮化硅、二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锌、氧化钛、氮化硼、二硫化钼及石墨烯中的一种，所述脂质分子层包括磷脂双分子层。

5.根据权利要求4所述的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，其特征在于：所述固态纳米孔的形状包括圆柱形、锥形、塔形及漏斗形中的一种。

6.根据权利要求1所述的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，其特征在于：所述纳米孔的最小孔径为0.1～99nm。

7.根据权利要求1所述的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，其特征在于：所述阻隔层中的多个所述纳米孔与所述腔体层中的多个所述独立腔体均呈周期性阵列排布。

8.根据权利要求1所述的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，其特征在于：还包括电极结构，所述电极结构包括设置于所述公共液体腔内的共用电极以及设置于每个所述独立腔体中的独立电极。

9.根据权利要求1所述的基于脂质分子封层的纳米孔检测装置，其特征在于：所述独立腔体为圆柱形空腔，所述圆柱形空腔的直径为1～1000μm，相邻两圆柱形空腔的间隔为2～5000μm。

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