一种镶嵌功能材料微纳孔结构及其制备方法和使用方法与流程

本发明涉及一种镶嵌功能材料微纳孔结构及其制备和使用方法，可用于生物领域，光学领域。

背景技术：

基于表面等离激元共振及表面增强拉曼的镶嵌功能材料的微纳孔在化学生物领域的分子过滤、微颗粒及dna检测、在光学领域的拉曼散射，增强荧光等有着广泛的应用前景。

传统的微纳孔结构都是孔道内和孔外的材料都是一样的，即现有的微纳孔结构。其存在如下问题，例如在微颗粒及dna检测领域，其微颗粒检测是需要通过微孔，并与微孔的材料结合，从而被检测或计数。只是由于衬底与孔道内侧壁的材质一致，导致部分微颗粒会被吸附到衬底表面而非孔道内侧壁上。这样衬底表面很容易形成背景干涉，导致检测结果不准。现有的办法即是将衬底表面吸附的颗粒清洗掉，一方面可能存在清洗不干净的问题，还有可能同时将孔道内的颗粒同时清洗掉，还是会导致检测的不准确。

技术实现要素：

为了克服上述技术问题，本发明公开了一种镶嵌功能材料微纳孔结构及其制备和使用方法，本发明采用特殊的制备工艺，制备出了孔道内镶嵌有功能材料的纳米孔结构，为生物领域和光学领域镶嵌功能材料纳米孔的加工提供了一种有效的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种镶嵌功能材料微纳孔结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、提供带孔状结构的衬底，并清洗衬底；

步骤二、利用镀膜工艺在衬底和衬底的孔状结构表面沉积有功能材料薄膜；所述衬底与功能材料薄膜的材质不同；

步骤三、利用抛光工艺，去除衬底表面的功能材料薄膜从而得到孔状结构侧壁沉积有功能材料薄膜的微纳孔结构。

进一步的改进，所述步骤三中，先在沉积了功能材料薄膜的衬底上旋涂一层平坦化材料或者原子层沉积一层保护层材料，再利用抛光工艺，去除衬底表面的功能材料薄膜，然后利用选择性刻蚀方法去除孔状结构内残余的平坦化材料或保护层材料。

进一步的改进，所述平坦化材料包括溶液状的介质材料和溶胶凝胶制备的材料；所述溶液状的介质材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、旋转涂布玻璃和氢倍半硅氧烷。

进一步的改进，所述平坦化材料包括光刻胶，所述光刻胶包括正光刻胶和负光刻胶，所述负光刻胶包括氢倍半硅氧烷、su-8、负型紫外光刻胶和基于金属纳米粒子的光刻胶。

进一步的改进，所述保护层材料包括三氧化二铝和氧化钛。

进一步的改进，所述抛光工艺包括离子束抛光、化学机械抛光和磁流变抛光；所述选择性刻蚀方法为湿法刻蚀或干法刻蚀。

进一步的改进，所述功能材料薄膜包括金材料薄膜、银材料薄膜、铝材料薄膜、铜材料薄膜、铬材料薄膜、锗材料薄膜、ito材料薄膜、氧化钛材料薄膜、氧化铝材料薄膜、氧化铪材料薄膜、硅材料薄膜和氧化硅材料薄膜。

进一步的改进，所述步骤二中，镀膜工艺为磁控溅射、电镀、化学气相沉积或原子层沉积；沉积的功能材料薄膜为固态光介质、机械波介质、磁介质或电介质；所述电介质包括金属和半导体材料。

一种镶嵌功能材料的微纳孔结构，包括衬底1，衬底1上成形有若干孔状结构2，孔状结构2内的侧壁上沉积有功能材料薄膜3，功能材料薄膜3的材质与衬底1的材质不同；所述孔状结构2的内径不大于1000微米。

上述任一种镶嵌功能材料微纳孔结构的制备方法制得的沉积有功能材料薄膜的微纳孔结构用于制作固态纳米孔生物分子或微颗粒的检测结构，或平面超透镜，或纳米间隙表面增强拉曼散射衬底、或x射线波带片。

本发明的有益效果在于，解决了现有光学及生物领域微纳制造中无法满足镶嵌纳米孔道结构的制备的问题，采用此方法可制备出孔道内镶嵌有功能材料的纳米孔结构，为生物领域和光学领域镶嵌功能材料纳米孔的加工提供了一种有效的方法。

附图说明

图1为本发明的微观结构图；

图2为步骤一的机构示意图；

图3为步骤二的结构示意图；

图4为步骤三的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例1

一种镶嵌功能材料微纳孔结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、提供带孔状结构的衬底，并清洗衬底，如图2。

步骤二、利用镀膜工艺在衬底和衬底的孔状结构表面沉积有功能材料薄膜；所述衬底与功能材料薄膜的材质不同，如图3。

步骤三、利用抛光工艺，去除衬底表面的功能材料薄膜去除即得到孔状结构侧壁沉积有功能材料薄膜的微纳孔结构，如图4。

这样在衬底结构表面沉积功能材料薄膜时，孔状结构的侧壁会同时沉积一层功能材料薄膜，然后通过抛光工艺，将衬底结构表面沉积额功能材料薄膜去除，露出衬底，从而使得只有孔状结构侧壁上沉积的功能材料薄膜得到保留。从而制得衬底表面与孔状结构内表面材质不同大的微纳孔结构。

孔状结构可为通孔或凹孔。为凹孔时，凹孔底部也会沉积一层功能材料薄膜。

为了防止抛光时，有物料落入孔状结构内，堵塞或污染孔状结构，优选的，在抛光工艺前，先在沉积了功能材料薄膜的衬底上旋涂一层平坦化材料，再利用抛光工艺，去除衬底表面的功能材料薄膜，然后利用选择性刻蚀方法去除孔状结构内残余的平坦化材料。这样通过涂抹进入孔状结构的平坦化材料先将孔状结构堵住，然后抛光，从而防止杂物落入孔装结构内，然后在将孔状结构内的平坦化材料去除。

平坦化材料从状态分，包括溶液状的介质材料和溶胶凝胶制备的材料；从功能分，包括正光刻胶和负光刻胶，

溶液状的介质材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、旋转涂布玻璃和氢倍半硅氧烷。

负光刻胶包括氢倍半硅氧烷、su-8、负型紫外光刻胶和基于金属纳米粒子的光刻胶。

选择性刻蚀方法为湿法刻蚀或干法刻蚀。

衬底为氮化硅衬底或铜网衬底或、pet薄膜、阳极氧化铝衬底、带孔介质衬底、。

步骤二中，镀膜工艺为磁控溅射、电镀、化学气相沉积或原子层沉积；沉积的功能材料薄膜为固态光介质、机械波介质、磁介质或电介质；所述电介质包括金属和半导体材料。

实施例2

本发明制得的微纳孔结构，包括衬底(1)，衬底(1)上成形有若干孔状结构(2)，孔状结构(2)内的侧壁上沉积有功能材料薄膜(3)，功能材料薄膜(3)的材质与衬底(1)的材质不同；所述孔状结构(2)的内径不大于1000微米。

实施例3

本发明制得的沉积有功能材料薄膜的微纳孔结构可用于制作固态纳米孔生物分子或微颗粒的检测结构，或平面超透镜，或纳米间隙表面增强拉曼散射衬底、或x射线波带片。具体应用举例如下：通过在纳米金环内壁表面修饰上分子探针，在测试时对几类典型的待检测分子进行选择性识别，利用核酸杂交分析的探针以及核酸分子与抗体的偶联标记，发展孔道中核酸或蛋白标志物的捕获方法，探索核酸或蛋白标志物的超灵敏检测研究。

上述实施例仅仅为本发明的某些具体实施方式，并不作为本发明保护范围的限定，对其进行的简单替换和改进均在本发明的保护范围内。