3d實體電極介電泳納米線操控系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于介電泳芯片、納米線操控領域，具體涉及一種三維點陣實體電極控制電場與十字形流道控制流場相結合的高柔性納米線精確操控系統。
【背景技術】
[0002]近些年以來，最引人注目的納米科技是:將納米材料作為一種優質基材裝配成任意種類的納米功能器件或系統，包括納米場效應管，納米激光器，納米生化傳感器，納米發電機以及納米計算系統等。作為一種優秀的納米基材，納米線既能為電、熱傳輸的依賴性或空間尺度減小引起的力學性能的研究提供良好載體，也能為納米電子、光電、電化學和機電器件的制造提供連接部件和功能部件。
[0003]各國學者針對納米線的操縱與組裝技術進行了大量探索性的研究，主要涉及下列幾個方面:一方面，巧妙地利用生物分子作用力、靜電作用力、剪切作用力對多根納米線進行群體性的非精確組裝;另一方面，應用掃描探針顯微鏡、精密微納米機械手對單根納米線進行姿態控制與精確操縱;第三，利用磁場對鐵磁性材質納米線進行動態操縱，以及應用光鑷對單根納米線進行高精度操縱。然而，運用生物樣板、微流體技術、LB膜排列技術、微接觸印刷技術只能將大量納米線作為整體進行操縱，而在單根納米線取向和位置的精確控制方面則無能為力；應用納米機械手能實現對單根納米線的精確操控，但較高的操作難度和低下的操縱效率使其無法滿足多根納米線批量化組裝的要求;而磁鑷、光鑷則分別受到納米線材質和光學捕獲極限的制約，很難應用于任意材質納米線的大規模柔性化操控。
[0004]任何材質都具有一定的介電屬性，在外加電場作用下，它們會因極化而誘導產生電偶極矩。當外加電場的空間分布呈現出非均勻性，極化后的材質就會受到一份凈力，即介電泳力。隨著微/納米電極制造水平的提高，較小的信號強度就能產生足以驅動納米材料運動的空間非均勻電場。很多學者開發了一系列二維平面電極結構以產生特定的空間非均勻電場，對一維納米材料進行操縱和組裝。這些操縱大都基于金屬實體電極陣列，只能對納米材料進行簡單組裝，同時由于金屬實體電極的剛性特征，使得操縱缺少柔性。而后來出現的光誘導虛擬電極可以實時改變電極形狀大小，操作過程柔性增大，但芯片加工難度增大，成本增加，精確度下降，且操作過程中納米線只能呈現豎直姿態，且納米線的姿態和位置難以持續保持，很難適應后續地功能化集成。
[0005]因此，如能提出一種能夠實現納米線的高柔性與大規模操控系統，以同時滿足單根精確操縱和多根批量精確組裝，必將在一定程度上克服上述局限。
【發明內容】
[0006]發明目的:針對現有技術存在的問題，本發明提供一種3D實體電極介電泳納米線操控系統，該系統實現了納米線的高柔性、精確性操控。
[0007]技術方案:所述3D實體電極介電泳納米線操控系統，包括3D實體電極介電泳納米線操控芯片、電場控制單元、流場控制單元和微型計算機；
[0008]所述3D實體電極介電泳納米線操控芯片包括兩片2D電極層、位于兩片2D電極層之間的兩片3D電極層、以及位于兩片3D電極層之間的一片流道層；該3D實體電極介電泳納米線操控芯片以上下對稱結構對準封裝而成；
[0009]所述電場控制單元包括信號發生器、信號控制系統，所述信號發生器與信號控制系統連接;所述信號控制系統與3D實體電極介電泳納米線操控芯片的外部連接部分連接；
[0010]所述流場控制單元包括注射栗，所述注射栗與3D實體電極介電泳納米線操控芯片進出口部分連接；
[0011]所述微型計算機與電場控制單元中的信號發生器連接，該微型計算機控制信號發生器的信號的波形、電壓大小、頻率、相位。
[0012]具體地，還包括顯微鏡，通過顯微鏡與微型計算機實時觀測納米線的操控情況。
[0013]具體地，所述3D實體電極介電泳納米線操控芯片進出口部分與廢液收集裝置連接。
[0014]具體地，所述電場控制單元還包括信號放大器，所述信號放大器與信號發生器連接。
[0015]具體地，所述2D電極層包括3X4陣列點電極、引線部分、外部連接部分、對準塊部分。
[0016]具體地，所述3D電極層包括3X4陣列點電極、對準塊部分。
[0017]更具體地，所述3X4陣列點電極為點陣形式排布，且點的個數、每個點的直徑、點與點之間的間距可以變動。
[0018]具體地，所述3D實體電極介電泳納米線操控芯片結構為2D電極層在第一層和第五層，3D電極層在第二層和第四層，流道層在第三層;五層部分分別根據各自的對準塊部分對準鍵合封裝。
[0019]具體地，所述流道層包括十字形流道、進出口部分、對準塊部分。
[0020]有益效果:與現有技術相比，本發明的優點在于:采用3D實體電極介電泳納米線操控技術，使納米線在操控過程中的姿態和位置可以任意調整且可以持續保持，有效提高了納米線操控系統的柔性和精確性;其次，構建3D點陣實體電極一方面所有的二維圖形都可以由若干個點近似表達，另一方面3D電極層的設計克服了 2D電極層上點電極的電場會被引出線的電場強烈干擾的問題;最后，芯片的對稱式設計使得芯片可以制造出任意三維電場來精確操控納米線，且芯片制造過程簡單，可廣泛用于納米材料的操控與裝配納米器件等領域。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明3D實體電極介電泳納米線操控系統整體結構示意圖；
[0022]圖2是本發明3D實體電極介電泳納米線操控芯片的整體結構示意圖；
[0023]圖3是本發明3D實體電極介電泳納米線操控芯片的2D電極層結構示意圖；
[0024]圖4是本發明3D實體電極介電泳納米線操控芯片的3D電極層結構示意圖；
[0025]圖5是本發明3D實體電極介電泳納米線操控芯片的流道層結構示意圖；
[0026]圖6是本發明3D實體電極介電泳納米線操控芯片操控納米線的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本發明。
[0028]如圖1所示，本發明為一種3D實體電極介電泳納米線操控系統包括3D實體電極介電泳納米線操控芯片11、微型計算機12、信號發生器13、信號放大器14、信號控制系統15、注射栗16、廢液收集裝置17和顯微鏡18;其中，信號發生器13、信號放大器14、信號控制系統
15、微型計算機12構成芯片的電場控制系統;微型計算機12與信號發生器13連接;信號發生器13與信號放大器14連接;信號放大器14與信號控制系統15連接;信號控制系統13與芯片的外部連接部分24通過細電線121連接。注射栗16構成芯片的流場控制系統;注射栗16與芯片進出口部分111通過微管19連接;芯片進出口部分111與廢液收集裝置17通過微管連接。
[0029]如圖2所示，所述3D實體電極介電泳納米線操控芯片由兩片2D電極層21、兩片3D電極層22、一片流道層23以對稱結構對準封裝而成;所述2D電極層21包括3X4陣列點電極26、引線部分25、外部連接部分24、對準塊部分27;所述3D電極層22包括3X4陣列點電極26、對準塊部分27;所述流道層23包括十字形流道28、進出口部分111、對準塊部分27;所述的3D實體電極介電泳納米線操控芯片11結構為2D電極層21在第一層和第五層，3D電極層22在第二層和第四層，流道層23在第三層;五層部分分別根據各自的對準塊部分27對準鍵合封裝。
[0030]3D實體電極介電泳納米線操控芯片11的2D電極層