一种基于氮化硼纳米管的微纳流控芯片

引言微纳流控是一种以在微纳米尺度空间对流体进行操控为主要特征的科学技术,以此为基础形成的微纳流控芯片多由微纳米通道形成网络,以控制流体贯穿整个系统,在几平方厘米的芯片上实现常规化学或生物等实验室的各种功能[1]。其中,纳流控技术由于可以将流体系统中的特征尺寸缩小到纳米范围,有可能观察到流体中的物质在纳米级受限空间和材料表面特性的共同作用下产生的新型物质传输特性。这种新的传输特性的发现将会促使许多技术的突破。因此,研究水和离子与受限结构的物理和化学相互作用具有重要意义。随着纳米科技的发展,纳米管等人工合成的具有一维中空结构的纳米材料不断涌现。它们可作为微纳米通道的一部分,有机地结合到微纳流控芯片中,为人们从仿生的角度出发在人造通道中实现生物通道的快速输运等特性提供了可能,也为研究一维纳米通道中受限分子、离子的动力学行为提供了简化模型。目前,已实验证实碳纳米管中可以进行水、离子和DNA等物质的传输[2-5]。最近的分子动力学模拟表明,氮化硼纳米管(boron nitridenanotube,BNNT)具有与碳纳米管相同的晶体结构,以及良好的力学特性[6]和热传导性[7],而且由于BNNT电学特性不受结构手性的影响[8],所以具有更好的储氢性能[9]和生物相容性[10],也显示出对水和离子传输的巨大潜力[11-12]。然而,与碳纳米管不同,将BNNT材料应用于微纳流控系统领域的研究较少。目前只有A.Siria等人[13]用扫描电子显微镜(SEM)的五轴操控系统将单根BNNT插入氮化硅薄膜的纳米孔中形成跨膜纳米管结构,在此基础上构建微纳流控系统,并研究了盐溶液在其中的传输行为。除此之外,以BNNT为唯一通道构建物质传输体系的方法以及对纳米流体在体系内传输行为的研究鲜有报道。本实验用光刻加工方法设计加工了一种基于BNNT的微纳流控芯片,并以不同浓度的KCl溶液为对象,研究了单根BNNT内盐离子溶液的输运特性。