具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中各图形的尺寸和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。并且自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“内”、“外”、“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本发明实施例提供的一种纳流体富集器件，如图1和图2所示，包括：衬底基板101，位于衬底基板101上的纳米通道层102，以及位于纳米通道层102背离衬底基板101一侧的电极层103；其中，

纳米通道层102包括：相互独立的富集槽A和基液槽B，位于富集槽A与基液槽B之间的第一通道1021，第一通道1021的两端具有开口；

电极层103，包括：第一电极1031、第二电极1032和第三电极1033；其中，第一电极1031与第二电极1032电连接；

第一电极1031在衬底基板101上的正投影位于富集槽A的正投影与基液槽B的正投影之间；

第二电极1032在衬底基板101上的正投影位于富集槽A的正投影远离基液槽B的正投影一侧；

第三电极1033在衬底基板101上的正投影位于基液槽B的正投影远离富集槽A的正投影一侧；

第一电极1031、第二电极1032和第三电极1033被配置为加载交流(AC)信号，以控制基液槽B中不同荷质比的带电粒子分批在富集槽A内富集。

鉴于生物领域中蛋白之类的物质表面一般带负电荷，故以下将对不同荷质比的带负电粒子的筛选为例进行详细说明。

具体地，在本发明实施例提供的上述纳流体富集器件中，纳米通道层102的壁面电荷的作用使得第一通道1021可选择性通过与壁面电荷电性相反的带电粒子。氧化硅材质的纳米通道层102的壁面电荷为负电荷，第一通道1021可在负电荷的作用下选择性通过带正电粒子。当第一电极1031和第二电极1032通过交流电源104加载正电压，第三电极1033通过交流电源104加载负电压(即如图3所示纳流体富集器件正接)的时候，第一电极1031的正电压会抑制第一通道1021对带正电粒子的选择性，使得基液中带正电粒子在第一通道1021的选择性作用下由基液槽B向富集槽A移动，基液中带负电粒子在电泳的作用下由基液槽B向富集槽A移动，如图4所示。当第一电极1031和第二电极1032通过交流电源104加载负电压，第三电极1033通过交流电源104加载正电压(即如图5所示纳流体富集器件反接)的时候，带负电粒子的电泳方向由富集槽A指向基液槽B，但第一电极1031的负电压会增强通道对带正电粒子的选择性，使得带正电粒子从富集槽A移动到基液槽B，而带负电粒子无法从富集槽A移动到基液槽B，如图6所示，从而实现了带负电粒子在富集槽A富集的效果。基于类似的原理，可实现壁面电荷是正电荷(例如纳米通道层102的材料为氧化铝)的情况下，带正电粒子在富集槽A富集的效果。

在直流(DC)信号下，不同电荷质量比例(即荷质比)的带电粒子会沿着电场线方向做电泳运动。在相同电场条件下，对于电荷量大、质量小的带电粒子，受到的电场力大，惯性小，会更快的加速运动，在短时间内可以位移很大的距离；对于电荷量小、质量大的带电粒子，受到的电场力小，而惯性大，在短时间内只能缓慢移动很小的一段距离；对于电量极少的中性带电粒子，甚至无法位移。并且，不同荷质比的带电粒子在较高的正负电场切换的频率下工作时：对于电荷量大、质量小的带电粒子，可以有较高的频率响应，快速运动，在正振幅大于负振幅的往复正弦电信号下，可以实现定向的加速减速运动；对于电荷量小、质量大的带电粒子，因为惯性较大，电场力小，在短时间内正电压尚未使得其运动起来时，信号已经切换到负电压，即频率的切换速度较快大于其信号响应速度，该类带电粒子将只能在溶液中做原位震动，无法实现移动。所以根据施加的交流信号振幅和频率，可以控制高于某一荷质比的带电粒子在器件中可以运动并富集，不满足该条件的带电粒子只在原位震动，无法实现富集，从而实现目标粒子的选择性富集。同时，在本纳流体富集器件中形成了第一电极1031和第二电极1032电连接且二者与第三电极1033相互独立的通道型晶体管(TFT)，也就是形成了二极管器件，二极管器件只允许单向电流导通，所以即便正弦交流信号，在正半周期导通工作富集后，在负半周期也会使得二极管器件关断，不会影响前半周期效果。基于上述原理，本公开实施例可使用高振幅高频率的交流信号，实现电荷量大、质量小的带电粒子的富集，如图7所示；并使用低振幅低频率的交流信号，实现电荷量小、质量大的带电粒子的富集，如图8所示。如此，则可实现对不同荷质比的带电粒子的筛选。

应当理解的是，在本发明实施例提供的上述纳流体富集器件中，带电粒子可以是在一个周期内由基液槽B运动至富集槽A，也可以是经过多个周期的作用，逐步由基液槽B运动至富集槽A，在此不做限定。另外，由于不同荷质比的带电粒子在同一电场下运动速度不同，因此在一些实施例中可实现不同带电粒子在不同位置同时富集。

需要说明的是，交流电源104可以为包含于本发明实施例提供的纳流体富集器件的内置电源，也可以为独立于本发明实施例提供的纳流体富集器件的外接电源，在此不做具体限定。一般地，为节约器件成本，优选将交流电源104设置为外接电源。

可选地，在本发明实施例提供的上述纳流体富集器件中，如图2所示，第一电极1031在衬底基板101上的正投影临近富集槽A一侧的边界(即左边)与第一通道1021的正投影临近富集槽A一侧的边界(即左边)重合，第一电极1031在衬底基板101上的正投影临近基液槽B一侧的边界(即右边)位于第一通道1021的正投影临近基液槽B一侧的边界(即右边)所限定的区域内。换句话说，第一电极1031的面积小于第一通道1021的面积，且第一电极1031的左边与第一通道1021的左边对齐。

由上可知，第一电极1031上加载的电压通过抑制或增强第一通道1021对带电粒子的选择性，使得目标带电粒子由基液槽B移动至富集槽A且不会由富集槽A再返回至基液槽B，如此实现了对目标带电粒子的富集。通过在第一通道1021临近富集槽A的部分上设置第一电极1031，可更有效地采用第一电极1031来抑制或增强第一通道1021对带电粒子的选择性。当然，在具体实施时，也可以设置完全覆盖第一通道1021的第一电极1031，在此不做限定。

可选地，在本发明实施例提供的上述纳流体富集器件中，如图2所示，纳米通道层102，还包括：位于富集槽A远离基液槽B一侧的第二通道1022，以及位于基液槽B远离富集槽A一侧的第三通道1023；其中，

第二通道1022临近富集槽A的一端(即右端)具有开口，远离富集槽B的一端(即左端)封闭，且第二通道1022在衬底基板101上的正投影与第二电极1032的正投影完全重合；

第三通道1023临近基液槽B的一端(即左端)具有开口，远离基液槽B的一端(即右端)封闭，且第三通道1023在衬底基板101上的正投影与第三电极1033的正投影完全重合。

由于仅在一个膜层的中间设置两端开口通道的可行性不高，故在本发明中是通过先形成具有封闭纳米通道的纳米通道层102，然后再通过对该封闭纳米通道的中间部分开槽的方式，形成富集槽A、基液槽B、第一通道1021、第二通道1022和第三通道1023。如此则可降低器件的制作难度。并且，由于第二通道1022和第三通道1023仅单端开口，带电粒子并不能通过第二通道1022和第三通道1023，因此，第二通道1022和第三通道1023的存在不影响带电粒子经由第一通道1021进行富集的效果。

可选地，在本发明实施例提供的上述纳流体富集器件中，如图2所示，还可以包括：位于电极层103背离纳米通道层102一侧的支撑层105；

支撑层105包括第一通孔H₁和第二通孔H₂；

第一通孔H₁在衬底基板101上的正投影覆盖富集槽A，第一电极1031临近富集槽A的边缘区域t，以及第二电极1022临近富集槽A的边缘区域m；

第二通孔H₂在衬底基板101上的正投影覆盖基液槽B，以及第三电极1033临近基液槽B的边缘区域n。

由于纳米通道层102和电极层103的厚度较小，具体为纳米级，在为基液槽B注入基液、以及为富集槽A注入包含与富集物可结合的荧光分子的溶液过程中，液体压力可能导致纳米通道层102和电极层103的形变，本公开在电极层103上方设置了支撑层105，避免液体压力对电极层103的不利影响。并且，由于电极层103的厚度只有纳米级别，与液体的接触电阻太大，因此通过第一通孔H₁与第二通孔H₂实现对第一电极1031、第二电极1032和第三电极1033的错位暴露，使得液体与第一电极1031、第二电极1032和第三电极1033的接触电极较大，从而减小了接触电阻。可选地，被暴露的第一电极1031临近富集槽A的边缘区域t，第二电极1032临近富集槽A的边缘区域m，以及第三电极1033临近基液槽B的边缘区域n，三者的取值范围为0.1μm～1mm，三者的大小可以相同，也可以不同，在此不做限定。

可选地，在本发明实施例提供的上述纳流体富集器件中，如图2所示，还可以包括：位于支撑层105背离电极层103一侧的硬掩膜层106；

硬掩模层106，包括：与第一通孔H₁完全重叠的第三通孔H₃，以及与第二通孔H₂完全重叠的第四通孔H₄。

由于硬掩模层106的图案与支撑层105的图案一致，因此，可通过硬掩模层106做为遮挡，实现对支撑层105的刻蚀制作。

可选地，在本发明实施例提供的上述纳流体富集器件中，如图2所示，还可以包括：位于硬掩膜层106背离支撑层105一侧的保护盖板107；

保护盖板107具有与第三通孔H₃导通的第五通孔H₅，以及与第四通孔H₄导通的第六通孔H₆；

第五通孔H₅在衬底基板101上的正投影与第三通孔H₃的正投影互不重叠；

第六通孔H₆在衬底基板101上的正投影与第四通孔H₄的正投影互不重叠。

保护盖板107的第五通孔H₅、第六通孔H₆分别与硬掩模层106的第三通孔H₃、第四通孔H₄错开设置，使得保护盖板107在第五通孔H₅右侧至第三通孔H₃上方的部分S₁可遮挡第三通孔H₃下方的富集槽A，同时保护盖板107在第六通孔H₆左侧至第四通孔H₄上方的部分S₂可遮挡第四通孔H₄下方的基液槽B，如图1和图2所示，有效避免了外界颗粒物对富集和检测分析效果的影响。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种纳流体富集器件的制作方法，由于该制作方法解决问题的原理与上述纳流体富集器件解决问题的原理相似，因此，本发明实施例提供的该制作方法的实施可以参见本发明实施例提供的上述纳流体富集器件的实施，重复之处不再赘述。

具体地，本发明实施例提供的一种纳流体富集器件的制作方法，包括以下步骤：

提供一衬底基板；

在衬底基板上形成纳米通道层和电极层；

纳米通道层，包括：相互独立的富集槽和基液槽，位于富集槽与基液槽之间的第一通道，第一通道的两端具有开口；

电极层，包括：第一电极、第二电极和第三电极；其中，第一电极与第二电极电连接；

第一电极在衬底基板上的正投影位于富集槽的正投影与基液槽的正投影之间；

第二电极在衬底基板上的正投影位于富集槽的正投影远离基液槽的正投影一侧；

第三电极在衬底基板上的正投影位于基液槽的正投影远离富集槽的正投影一侧；

第一电极、第二电极和第三电极被配置为加载交流信号，以控制基液槽中不同荷质比的带电粒子分批在富集槽内富集。

可选地，在本发明实施例提供的上述制作方法，在衬底基板上形成电极层之后，且在形成纳米通道层之前，还可以执行以下步骤：

在电极层上依次形成有机绝缘层和无机绝缘层；

对无机绝缘层进行刻蚀，形成贯穿无机绝缘层且相互独立的第三通孔和第四通孔；其中第三通孔暴露第一电极临近第二电极的边缘区域，以及第二电极临近第一电极的边缘区域；第四通孔暴露第三电极临近基液槽的边缘区域；具有第三通孔和第四通孔的无机绝缘层构成硬掩模层；

以硬掩模层为遮挡，对有机绝缘层进行刻蚀，形成与第三通孔完全重合的第一通孔，以及与第四通孔完全重合的第二通孔，具有第一通孔和第二通孔的有机绝缘层构成支撑层。

可选地，在本发明实施例提供的上述制作方法中，形成纳米通道层，具体可以通过以下方式进行实现：

在衬底基板上形成封闭纳米通道；

以硬掩模层和电极层为遮挡，对封闭纳米通道进行刻蚀，形成位于第一电极与第二电极之间的富集槽，位于第一电极与第三电极之间的基液槽，位于富集槽与基液槽之间的第一通道，位于富集槽远离基液槽一侧的第二通道，以及位于基液槽远离富集槽一侧的第三通道，获得纳米通道层。

为便于理解本发明实施例提供的上述制作方法的技术方案，以下将对其进行详细说明。

第一步：在衬底基板101上形成二氧化硅层102’，如图9所示，并在二氧化硅层102’中形成封闭纳米通道102”，如图10和图11所示。需要说明的是，图11仅示例性给出了具有富集功能的第一通道1021所在区域的二氧化硅层102’。

第二步：在具有封闭纳米通道102”的二氧化硅层102’上形成金属层103’，如图12和图13所示；并对金属层103’进行构图形成包括第一电极1031、第二电极1032和第三电极1033的电极层103，如图14和图15所示；其中，第一电极1031与第二电极1032电连接。

第三步：在电极层103上依次形成有机绝缘层105’和无机绝缘层106’，如图16和图17所示；对无机绝缘层106’进行刻蚀，形成贯穿无机绝缘层106’且相互独立的第三通孔H₃和第四通孔H₄；其中第三通孔H₃暴露第一电极1031临近第二电极1032的边缘区域t，以及第二电极1032临近第一电极1031的边缘区域m；第四通孔H₄暴露第三电极1033临近第一电极1031的边缘区域n；具有第三通孔H₃和第四通孔H₄的无机绝缘层106’构成硬掩模层106，如图18和图19所示；以硬掩模层106为遮挡，对有机绝缘层105’进行刻蚀，形成与第三通孔H₃完全重合的第一通孔H₁，以及与第四通孔H₄完全重合的第二通孔H₂，具有第一通孔H₁和第二通孔H₂的有机绝缘层105’构成支撑层105，如图20和图21所示。

第四步：以硬掩模层106和电极层103为遮挡，对封闭纳米通道102”进行刻蚀，形成位于第一电极1031与第二电极1032之间的富集槽A，位于第一电极1031与第三电极1032之间的基液槽B，位于富集槽A与基液槽B之间的第一通道1021，位于富集槽A远离基液槽B一侧的第二通道1022，以及位于基液槽B远离富集槽A一侧的第三通道1023，获得纳米通道层102，如图22和图23所示。

第五步：提供一具有第五通孔H₅和第六通孔H₆的保护盖板107，将该保护盖板107装配至硬掩模层106上，使得第五通孔H₅与硬掩模层106的第三通孔H₃导通且互不交叠，第六通孔H₆与硬掩模层106的第四通孔H₄导通且互不交叠，如图1和图2所示。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种上述纳流体富集器件的纳流体富集方法，由于该富集方法解决问题的原理与上述纳流体富集器件解决问题的原理相似，因此，本发明实施例提供的该富集方法的实施可以参见本发明实施例提供的上述纳流体富集器件的实施，重复之处不再赘述。

具体地，本发明实施例提供的一种上述纳流体富集器件的纳流体富集方法，具体包括以下步骤：

对电连接的第一电极和第二电极加载与纳米通道层的壁面电荷极性相反且具有预设振幅和预设频率的第一信号，同时对第三电极加载与第一信号极性相反且具有预设振幅和预设频率的第二信号，使得基液槽内与纳米通道层的壁面电荷极性相同且大于或等于预设荷质比的第一带电粒子通过第一通道由基液槽向富集槽移动，同时使得基液槽内与纳米通道层的壁面电荷极性相同且小于预设荷质比的第二带电粒子原位震动；

对第一电极和第二电极加载第二信号，同时对第三电极加载第一信号，使得第一带电粒子停留在富集槽，第二带电粒子保持原位震动。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种检测装置，包括本发明实施例提供的上述纳流体富集器件。由于该检测装置解决问题的原理与上述纳流体富集器件解决问题的原理相似，因此，该检测装置的实施可以参见上述纳流体富集器件的实施例，重复之处不再赘述。

具体地，如图24所示，在对富集槽A内的带电粒子进行检测过程中，自第五通孔H₅将可与富集槽A内的带电粒子进行特异性结合后具有荧光性能的检测液加入富集槽A内，并采用倒置荧光显微镜108等光谱分析设备对富集槽A内的结合产物进行检测。之后根据检测光谱的信号强度判断出富集槽A内的带电粒子的浓度含量，并根据光谱的信号频率识别出富集槽A内的带电粒子的种类，如图25所示。

本发明实施例提供的上述纳流体富集器件、其制作方法、富集方法及检测装置中，该纳流体富集器件包括：衬底基板，位于衬底基板上的纳米通道层，位于纳米通道层背离衬底基板一侧的电极层；其中，纳米通道层包括：相互独立的富集槽和基液槽，位于富集槽与基液槽之间的第一通道，第一通道的两端具有开口；电极层，包括：第一电极、第二电极和第三电极；其中，第一电极与第二电极电连接；第一电极在衬底基板上的正投影位于富集槽的正投影与基液槽的正投影之间；第二电极在衬底基板上的正投影位于富集槽的正投影远离基液槽的正投影一侧；第三电极在衬底基板上的正投影位于基液槽的正投影远离富集槽的正投影一侧；第一电极、第二电极和第三电极被配置为加载交流信号，以控制基液槽中不同荷质比的带电粒子分批在富集槽内富集。纳米通道层的壁面电荷的作用使得第一通道选择性通过与壁面电荷电性相反的带电粒子。以壁面电荷是负电荷为例，第一通道会选择性通过带正电粒子。当第一电极和第二电极加载正电压、第三电极加载负电压的时候，第一电极的正电压会抑制第一通道对带正电粒子的选择性，使得基液中带负电粒子在电泳的作用下由基液槽向富集槽移动。当第一电极和第二电极接加载负电压、第三电极加载正电压的时候，带负电粒子的电泳方向由富集槽指向基液槽，但第一电极的负电压会增强通道对带正电粒子的选择性，使得带负电粒子无法从富集槽移动到基液槽，实现了带负电粒子在富集槽富集的效果。并且，对于质量大、体积大、带电量少、移动缓慢的带负电粒子，需要较长的电压施加时间才可以驱动带负电粒子运动；对于质量小、体积小、带电量大、移动速度快的带负电粒子，较短的电压施加时间，就可以驱动其运动富集。因此，可以通过调节所加载交流信号的振幅和频率，使得高于某一荷质比的带负电粒子可以运动而富集，不满足该荷质比条件的带负电粒子原位震动，从而实现对不同类型带负电粒子的选择性富集效果。基于类似的原理，可实现壁面电荷是正电荷的情况下，对不同类型带正电粒子的选择性富集效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。