碳納米管鏈及其生產(chǎn)工藝和目標(biāo)檢測器及目標(biāo)檢測方法

專利名稱：碳納米管鏈及其生產(chǎn)工藝和目標(biāo)檢測器及目標(biāo)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由碳納米管行構(gòu)成的碳納米管鏈，還涉及碳納米管鏈的生產(chǎn)工藝、使用碳納米管鏈的目標(biāo)檢測器、以及使用目標(biāo)檢測器的目標(biāo)檢測方法。
背景技術(shù)：
碳納米管(在下文中可稱作“CNT”)在包括電子和電工工業(yè)的各種領(lǐng)域中被用作創(chuàng)新的材料，且經(jīng)由例如電弧放電、激光汽化、熱化學(xué)氣相沉積(thermal CVD)或等離子體化學(xué)氣相沉積(plasma CVD)生產(chǎn)。由此方法生產(chǎn)的已知的碳納米管分類成包括單個(gè)石墨片的單層碳納米管(單壁納米管；SWNT)，和包括多個(gè)石墨片的多層碳納米管(多壁納米管；MWNT)。
碳納米管的優(yōu)良物理特性使其適用于各種用途上，包括例如集成電路、計(jì)算機(jī)半導(dǎo)體芯片的電接插件、電池、高頻天線、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡和掃描探針顯微鏡的微器件。另外，人們還期待著碳納米管在許多其它領(lǐng)域中的各種應(yīng)用。當(dāng)多層碳納米管尤其用于需要高清晰度、高準(zhǔn)確性等的納米技術(shù)中時(shí)，理想的碳納米管需整齊地排放。
然而，通過電弧放電等制備的碳納米管的長度、厚度等不一致，且生產(chǎn)得到的是離散的微細(xì)顆粒；因此，很難得到指定數(shù)目的碳納米管且使其以整齊間距排列。
為了克服這些困難，提出了用于生產(chǎn)碳質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的工藝，此工藝的步驟包括，通過氣相碳化以陽極氧化鋁(礬土)納米孔為模板生長碳納米纖維、除去沉積在礬土層表面的碳、以及溶去陽極氧化鋁(礬土)納米孔(見日本專利申請?zhí)亻_(JP-A)No.2004-243477)。這些方法的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠精確控制在陽極處理的環(huán)境下納米孔的尺寸，以及在納米孔內(nèi)生產(chǎn)的碳納米管的尺寸。然而，所生產(chǎn)的陽極氧化鋁(礬土)納米孔兩維地排列成如六方密堆積結(jié)構(gòu)等，因此，所得到的碳質(zhì)納米結(jié)構(gòu)是碳納米管的兩維聚集體。因此，此方法不能提供整齊排列(例如，成行)的碳納米管。
本發(fā)明的目的在于解決上述常規(guī)問題并達(dá)到以下說明的目的。即本發(fā)明的目的在于提供由長度為1μm或更小的碳納米管行構(gòu)成的碳納米管鏈，該碳納米管鏈適用于例如作為目標(biāo)檢測器或傳感器；還提供高效的碳納米管鏈生產(chǎn)工藝；通過使用碳納米管鏈提供能夠進(jìn)行高靈敏度檢測，以及對各種目標(biāo)包括致病物質(zhì)、生物物質(zhì)和有毒物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析的目標(biāo)檢測器，其能夠適用作生物傳感器和氣敏傳感器；以及通過使用目標(biāo)檢測器能夠?qū)z測目標(biāo)進(jìn)行簡易和高靈敏度檢測的目標(biāo)檢測方法。

發(fā)明內(nèi)容
解決以上問題的方法在所附的權(quán)利要求中敘述。即本發(fā)明的碳納米鏈包括一載體和一端與載體表面結(jié)合的多個(gè)碳納米管，其中多個(gè)碳納米管定向于與載體表面基本上成一直角的方向。如上所述，碳納米管的一端與載體結(jié)合，由此使碳納米管定向于與載體表面基本上成一直角的方向。因此，當(dāng)載體為一片狀物件、帶狀物件或線狀物件時(shí)，可分別形成片狀碳納米管鏈、帶狀碳納米管鏈或線狀碳納米管鏈。另外，由于碳納米管鏈具有吸附能力和釋放能力，能夠?qū)Ω鞣N目標(biāo)包括致病物質(zhì)、生物物質(zhì)和有毒物質(zhì)進(jìn)行檢測，并適用于各種領(lǐng)域中包括例如作為目標(biāo)檢測器、生物傳感器和氣敏傳感器。
本發(fā)明用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝涉及本發(fā)明的碳納米管鏈的生產(chǎn)，該工藝包括在金屬層中形成凹槽，和進(jìn)行納米孔形成處理以形成納米孔結(jié)構(gòu)，其中于各凹槽中形成納米孔行，該納米孔定向于與金屬層表面基本上成一直角的方向(納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟)；于各納米孔中形成碳納米管(碳納米管形成步驟)；除去沉積在凹槽間的金屬層基面(lands)表面上的碳(碳清除步驟)；以及溶去金屬層(金屬層溶去步驟)。
在本發(fā)明的納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟中，凹槽在金屬層中形成，接著對金屬層進(jìn)行納米孔形成處理。由此得到納米孔結(jié)構(gòu)，其中在凹槽中得到納米孔行，所述納米孔定向于與金屬層表面基本上成一直角的方向。在碳納米管形成步驟中，于納米孔中形成碳納米管。在碳清除步驟中，除去在碳納米管形成步驟中沉積在凹槽間的金屬層基面表面上的碳。在金屬層溶去步驟中，溶去金屬層。通過這些步驟，有效地生產(chǎn)本發(fā)明的碳納米管鏈。
本發(fā)明的目標(biāo)檢測器包括本發(fā)明的碳納米管鏈和固定器，其中碳納米管鏈包括能夠捕獲檢測目標(biāo)的捕獲部分。由于目標(biāo)檢測器中的本發(fā)明的碳納米管鏈包括該捕獲部分，能夠通過該捕獲部分捕獲各種檢測目標(biāo)。另外，由于碳納米管鏈固定在固定器上，該目標(biāo)檢測器能夠用手操作。當(dāng)兩個(gè)或以上的碳納米管鏈固定在固定器時(shí)，可給予各碳納米管鏈不同的功能，且進(jìn)一步給予各碳納米管鏈中不同組別的碳納米管不同的功能。因此，本發(fā)明的目標(biāo)檢測器能夠進(jìn)行高靈敏度檢測，以及對各種目標(biāo)包括致病物質(zhì)、生物物質(zhì)和有毒物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析，其能夠適用于各種領(lǐng)域中包括作為生物傳感器和氣敏傳感器的傳感器。
本發(fā)明的目標(biāo)檢測方法包括使本發(fā)明的目標(biāo)檢測器在包含檢測目標(biāo)的樣本上作用。由于本發(fā)明的目標(biāo)檢測方法涉及使用包括本發(fā)明碳納米管鏈的本發(fā)明目標(biāo)檢測器，各種檢測目標(biāo)都在碳納米管上作用。因此，能夠?qū)颖局械臋z測目標(biāo)進(jìn)行簡易和高靈敏度的檢測。當(dāng)目標(biāo)檢測器具有兩個(gè)或以上的碳納米管鏈時(shí)，可給予各碳納米管鏈不同的功能，且進(jìn)一步給予各碳納米管鏈中不同組別的碳納米管不同的功能。因此，不同的檢測目標(biāo)能夠在碳納米管鏈或碳納米管上作用，由此容許對多個(gè)檢測目標(biāo)進(jìn)行同步分析。


圖1A為一示意圖，顯示納米孔行形成前的狀態(tài)，其寬度以整齊間距改變。
圖1B為一示意圖，顯示納米孔行形成后的狀態(tài)，其寬度以整齊間距改變。
圖2A為一圖片，顯示帶有鑄模壓印圖案的鋁層表面的實(shí)例。
圖2B為一圖片，顯示通過對顯示于圖2A的鋁層的陽極處理而形成的納米孔行的實(shí)例。
圖3A是用于說明本發(fā)明用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝步驟的第一步。
圖3B是用于說明本發(fā)明用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝步驟的第二步。
圖3C是用于說明本發(fā)明用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝步驟的第三步。
圖3D是用于說明本發(fā)明用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝步驟的第四步。
圖3E是用于說明本發(fā)明用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝步驟的第五步。
圖3F為一示意圖，顯示本發(fā)明的碳納米管鏈的實(shí)例。
圖4為一示意圖，顯示本發(fā)明用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝的碳清除步驟的實(shí)例。
圖5為一圖片，顯示在陽極金屬層表面上形成的納米孔排列的實(shí)例。
圖6為一示意圖，顯示本發(fā)明目標(biāo)檢測器的實(shí)例。
圖7A為顯示用于評估本發(fā)明目標(biāo)檢測器的吸附能力的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的實(shí)例的第一個(gè)示意圖。
圖7B為顯示用于評估本發(fā)明目標(biāo)檢測器的吸附能力的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的實(shí)例的第二個(gè)示意圖。
發(fā)明詳述(碳納米管鏈及其生產(chǎn)工藝)本發(fā)明用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝包括納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟、碳納米管形成步驟、碳清除步驟和金屬層溶去步驟，且進(jìn)一步包括在需要時(shí)適當(dāng)選擇的附加步驟。
可以通過本發(fā)明用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝適宜地生產(chǎn)本發(fā)明的碳納米管鏈。在下文中將結(jié)合本發(fā)明工藝的說明，提供本發(fā)明的碳納米管鏈的詳細(xì)說明。
<納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟>
納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟是形成納米孔結(jié)構(gòu)的步驟，其中于金屬層形成凹槽，其后進(jìn)行納米孔形成處理使在凹槽中形成定向于與金屬層表面基本上成一直角的方向的納米孔行。
金屬層的材料、形狀、尺寸等不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卮_定。只要在進(jìn)行納米孔形成處理時(shí)能夠形成納米孔，可以使用任何的材料；材料的實(shí)例包括元素金屬、其氧化物、其氮化物和其合金，其中，優(yōu)選礬土(氧化鋁)和鋁。
金屬層可以在襯底上形成。在此情況下，襯底可以由任何合適的材料制造，且根據(jù)預(yù)定的目的，可以具有任何合適的形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸。材料的實(shí)例包括金屬、玻璃、硅、石英和通過在硅表面上形成熱氧化膜而得到的SiO2/Si。能夠單獨(dú)或聯(lián)合使用這些材料。其中，從能夠在納米孔的陽極處理時(shí)用作電極的角度考慮，優(yōu)選為金屬。注意的是襯底可以購買現(xiàn)成的或可以在需要時(shí)制備。
當(dāng)通過陽極處理生產(chǎn)納米孔時(shí)，電極層可設(shè)置在襯底和金屬層之間。
根據(jù)預(yù)定的目的，電極層的材料能夠是任何合適的材料；其實(shí)例包括Nb、Ta、Ti、W、Cr、Co、Pt、Cu、Ir、Rh及其合金。這些元素或合金能夠單獨(dú)或聯(lián)合使用。能夠根據(jù)任何合適的步驟形成電極層，例如氣相沉積或?yàn)R射。
金屬層的厚度不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卮_定。金屬層的厚度直接對應(yīng)碳納米管的長度，因此，為了獲得長度為1μm或更小的碳納米管，金屬層的厚度優(yōu)選為1μm或更小。金屬層的厚度可與待生產(chǎn)的碳納米管所需的長度相等。因此，能夠通過調(diào)節(jié)金屬層的厚度而容易地控制本發(fā)明的碳納米管鏈中碳納米管的長度。這樣能夠有利于均化碳納米管的長度并實(shí)現(xiàn)均一的質(zhì)量和物理性質(zhì)。
能夠根據(jù)任何合適的已知步驟形成金屬層，例如氣相沉積或?yàn)R射。更具體而言，優(yōu)選濺射，因?yàn)槠淠軌驕?zhǔn)確并容易地控制金屬層的厚度。
能夠通過對濺射目標(biāo)進(jìn)行濺射而形成金屬層，該濺射目標(biāo)由與待沉積的金屬層相同的金屬制得。根據(jù)預(yù)定的目的，濺射目標(biāo)能夠具有任何合適的純度，但優(yōu)選具有高純度。當(dāng)金屬層由鋁制造時(shí)，濺射目標(biāo)中的鋁的純度優(yōu)選為99.990％或以上。
在金屬層的陽極處理前，需要在納米孔待形成的位置形成凹面(凹槽)行。使用陽極處理形成納米孔是有利的，因?yàn)榧{米孔能夠僅在凹槽中有效地形成。
凹槽的橫截面(通過沿著凹槽的寬度切割凹槽所得到的凹槽表面)，不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卮_定；例如，橫截面可以是長方形、V-形或半圓形。
形成凹槽的方法不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)剡x擇；實(shí)例為(1)一種方法，其中將表面上具有整齊間距的基面(lands)行的圖案的鑄模壓印(轉(zhuǎn)移)至金屬層(例如，礬土或鋁層)上，由此于其上形成線與間隔(line-and-space)圖案，該圖案包括以整齊間距排列的凹槽和間隔(基面(lands))交替排列的行；(2)一種方法，其中在金屬層上形成樹脂層或光致抗蝕劑層，通過正常光刻技術(shù)以及使用鑄模進(jìn)行壓印使其圖案化，且進(jìn)行蝕刻使在金屬層表面形成凹槽行；(3)其中直接于金屬層形成凹槽的方法。
通過沿著它們的長度，以指定的間距(整齊間距)改變鑄模中基面行的寬度、光致抗蝕劑層中凹槽的寬度等，可相應(yīng)地沿著它們的長度，以整齊間距改變(加寬和收窄)納米孔行的寬度，由此能夠有利地使鄰近的納米孔之間的間距在凹槽寬度的恒量改變的同時(shí)保持相等。
根據(jù)預(yù)定的目的，可以使用任何一種合適的鑄模，但優(yōu)選的是由硅、二氧化硅或其組合制造的鑄模，因?yàn)檫@些膜是在半導(dǎo)體領(lǐng)域中廣泛用作制造微細(xì)結(jié)構(gòu)的材料；另外，例如，可以使用碳化硅襯底和一般用于光盤注塑的Ni壓模(stamper)，因?yàn)樗鼈冊谶B續(xù)使用下有高耐久性。鑄模能夠被多次使用。壓印的方法不受限制且能夠從本領(lǐng)域已知的那些技術(shù)中適當(dāng)?shù)剡x擇。用于光致抗蝕劑層的抗蝕劑材料不僅包括光致抗蝕劑材料，還有電子束抗蝕劑材料。本發(fā)明所用的光致抗蝕劑材料能夠選自例如在半導(dǎo)體領(lǐng)域中任何合適的已知材料；實(shí)例為近紫外光和近場光可適用的材料。
只要其能夠在金屬層形成納米孔，對納米孔形成處理不受特別限制，且能夠根據(jù)預(yù)定的目的，適當(dāng)?shù)貜睦珀枠O處理、蝕刻等選擇。
在其中，特別優(yōu)選陽極處理，因?yàn)槠淠軌蛟诮饘賹又行纬稍S多基本上以整齊間距排列的納米孔，同時(shí)使納米孔定位于與襯底表面基本上成一直角的方向。
陽極處理能夠在任何合適的電壓下進(jìn)行，但優(yōu)選能夠滿足以下方程式的電壓V＝I/A，其中V為陽極處理中的電壓；I為鄰近(相鄰)納米孔之間的間距(nm)；且A為常數(shù)(nm/V)＝～2.5。
當(dāng)在滿足上述方程式的電壓下進(jìn)行陽極處理時(shí)，所得到的納米孔有利地排列成凹槽行。
電解質(zhì)的種類、濃度和溫度以及陽極處理的時(shí)間不受特別限制且可以根據(jù)待形成的納米孔的數(shù)目、尺寸和縱橫比適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。例如，當(dāng)鄰近納米孔行的間距(節(jié)距)為150nm至500nm的范圍時(shí)，電解質(zhì)優(yōu)選為稀釋的磷酸溶液；當(dāng)間距為80nm至200nm的范圍時(shí)，優(yōu)選稀釋的草酸溶液；且當(dāng)節(jié)距為10nm至150nm的范圍時(shí)，優(yōu)選稀釋的硫酸溶液。不論何種情況，都能在陽極處理后，通過將陽極金屬層浸沉在例如磷酸溶液中控制納米孔的縱橫比以增加納米孔(礬土孔)的直徑。
當(dāng)通過陽極處理進(jìn)行納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟時(shí)，可導(dǎo)致在金屬層中形成的各個(gè)納米孔的底部形成不合需要的屏障層，但該屏障層能夠通過使用常規(guī)蝕刻劑利用常規(guī)蝕刻法容易地除去，所述常規(guī)蝕刻劑例如為磷酸。
因此，在納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟中，形成了納米孔，其中多個(gè)納米孔定向于與金屬層表面基本上成一直角的方向。
納米孔結(jié)構(gòu)中的納米孔在形狀方面不受特別限制，且能夠根據(jù)預(yù)定的目的使用任何的形狀；然而，它們能夠形成為孔或凹痕(dents)，更優(yōu)選為透孔。
鄰近納米孔行之間的間距不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定目的而適當(dāng)?shù)卮_定；然而，間距優(yōu)選為5nm至500nm，更優(yōu)選為10nm至200nm。
小于5nm的間距很難形成納米孔，反之，大于500nm的間距很難使它們以整齊間距排列。
鄰近納米孔行之間的間距與納米孔行的寬度的比率不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定；例如，比率優(yōu)選為1.1至1.9的范圍，且更優(yōu)選為1.2至1.8的范圍。
小于1.1的比率(間距/寬度)可導(dǎo)致鄰近納米孔行之間的孔融合(holefusion)，并可導(dǎo)致不能生產(chǎn)離散納米孔，反之超過1.9的比率可導(dǎo)致在陽極處理時(shí)納米孔在凹槽以外的部分形成。
納米孔行的寬度不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定；例如行寬優(yōu)選5nm至450nm，且更優(yōu)選10nm至200nm。
小于5nm的行寬難以形成納米孔，反之大于450nm的行寬難以使它們以整齊間距排列。
此外，行寬可沿著長度不變或可如圖1A顯示在指定的間距下變化(加寬或收窄)。優(yōu)選為后者，因?yàn)槿鐖D1B所顯示，這樣為在寬度大于其它區(qū)域的區(qū)域處，沿著納米孔行以整齊間距形成納米孔提供可能。
納米孔的深度一般為10μm或更少，但不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定；然而，考慮到與本發(fā)明的碳納米管鏈中的碳納米管的長度對應(yīng)，納米孔的深度優(yōu)選為1μm或更少。
納米孔的開口直徑不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定；根據(jù)陽極處理的電壓，開口直徑一般被確定為納米孔間距的三分之一，但在需要時(shí)，開口直徑可以通過用磷酸溶液處理而增加。
-碳納米管形成步驟-碳納米管形成步驟是在納米孔中形成碳納米管的步驟。
能夠根據(jù)任何合適的工序，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)，形成碳納米管。
化學(xué)氣相沉積(CVD)工序的實(shí)例為熱CVD(亦簡稱為“CVD”)、熱絲CVD、等離子體增強(qiáng)CVD(亦稱作“等離子體輔助CVD”或“等離子體CVD”)、等離子體增強(qiáng)熱絲CVD和激光增強(qiáng)CVD(亦稱作“激光CVD”)。其中，優(yōu)選熱CVD和等離子體CVD。
在熱CVD中，包含納米孔結(jié)構(gòu)的反應(yīng)管在電爐中加熱至大約400℃至2000℃，接著通過將材料氣體引入至管中使材料分解以使碳或碳納米管在納米孔中沉積。
在等離子體CVD中，材料氣體是通過與用大約為0.1至1000W/cm3的射頻(RF)波激發(fā)的等離子體發(fā)生反應(yīng)而分解，由此使得碳沉積?？梢允褂美绲皖l波、微波(MW)或直流電(DC)等代替射頻(RF)波激發(fā)等離子體。
通過CVD形成碳納米管的條件不受特別限制且根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)剡x擇。例如，優(yōu)選控制材料氣體的流速，以及使用碳源氣體和載氣的混合氣體作材料氣體。
碳源氣體的實(shí)例為甲烷、乙烯、丙烯、乙炔、苯、丁烷、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、C10H16、CS2和C60氣體。載氣的實(shí)例為氮?dú)?、氬氣、氫氣和氨氣?br> 碳源氣體和載氣在混合氣體中的比例不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而設(shè)定。例如，當(dāng)丙烯用作碳源氣體，氮?dú)庥米鬏d氣時(shí)，混合氣體優(yōu)選在丙烯氣體與氮?dú)獾牧魉俦嚷蕿?∶99至5∶95且總流速為100cm3/min至300cm3/min的條件下導(dǎo)入。在此時(shí)，溫度優(yōu)選為500℃至900℃，且最優(yōu)選為大約800℃。
當(dāng)在碳納米管形成步驟中通過CVD生產(chǎn)碳納米管時(shí)，金屬層的材料用作形成碳納米管的催化劑，因此不需要額外的催化劑。例如，當(dāng)金屬層由鋁制成時(shí)，存在于暴露的金屬層表面的氧化鋁用作催化劑，由此促使碳納米管的形成。
通過碳納米形成步驟生產(chǎn)的碳納米管在直徑、長度和層數(shù)上基本相同，且當(dāng)金屬層的厚度為1μm或更小時(shí)，碳納米管的平均長度為1μm或更小，各納米管的一端為封閉的。
<碳清除步驟>
碳清除步驟是清除在碳納米管形成步驟中沉積在凹槽間的基面表面上的碳的步驟。
在納米結(jié)構(gòu)形成步驟中金屬層中凹槽的形成導(dǎo)致凹槽間金屬層基面的形成。隨后，在碳納米管形成步驟中，在凹槽的納米孔中形成碳納米管，且同時(shí)，碳于基面上沉積。碳清除步驟涉及清除基面表面上沉積的碳。通過進(jìn)行于稍后說明的金屬層溶去步驟，導(dǎo)致本發(fā)明的碳納米管鏈的形成，碳納米管鏈可為片狀、帶狀、繩狀等任意形狀，各碳納米管鏈由整齊間隔的碳納米管構(gòu)成，該碳納米管與沉積在金屬層(納米孔結(jié)構(gòu))凹槽上的碳衍生的碳層結(jié)合。在各碳納米管鏈中，碳納米管定位于與碳層表面基本上成一直角的方向。
碳清除的方法不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卮_定；例如，使用通過包覆或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)等將沉積在金屬層的基面上的碳蝕刻掉的方法。更具體而言，除去沉積在基面?zhèn)缺诘奶嫉姆椒?1)包括與金屬層的基面的長度和高度成角度地施加氧等離子體(包括對襯底施加電壓)以蝕刻除去沉積碳的方法；(2)包括與金屬層的基面的長度和高度成角度地施加離子束(例如，氧離子束)以除去沉積碳的方法；(3)包括控制氧氣氣氛，并與金屬層的基面的長度和高度成角度地施加離子束以除去沉積碳的方法等。
需要注意的是，在碳清除步驟中使用的條件不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。此外，能夠適當(dāng)?shù)卮_定在方法1中，將等離子體施加至金屬層的基面時(shí)與它們的長度和高度所成的角度，以及在方法2和3中，施加離子束的角度。
<金屬層溶去步驟>
金屬層溶去步驟是將金屬層(納米孔結(jié)構(gòu))溶去的步驟。通過進(jìn)行此步驟，能夠得到本發(fā)明的碳納米管鏈。
在金屬層溶去步驟中使用的條件不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卮_定。在礬土納米孔的情況中，此步驟中應(yīng)用的工序的具體實(shí)例是在氟化氫(HF)中沉浸，并且用氫氧化鈉(NaOH)進(jìn)行水熱處理。
<附加步驟>
附加步驟不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)剡x擇；實(shí)例為清洗步驟和干燥步驟。
本發(fā)明的碳納米管鏈有效地通過上述說明的本發(fā)明的用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝而生產(chǎn)。
本發(fā)明的碳納米管鏈由一行多個(gè)碳納米管構(gòu)成，所述碳納米管的一端與載體結(jié)合，由此使其定向于與載體表面基本上成一直角的方向。
載體的材料、形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸、厚度等不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卮_定；然而，材料優(yōu)選為碳。如果載體由碳制成，可容易地形成碳納米管鏈。更具體而言，碳層在碳納米形成步驟中于納米孔中形成碳納米管時(shí)沉積在金屬層(納米孔結(jié)構(gòu))上，然后沉積在金屬層的凹槽上的碳層與碳納米管完整地結(jié)合，所述碳納米管定向于與碳層表面基本上成一直角的方向。所得到的單個(gè)物件相應(yīng)為上述說明的碳納米管鏈。
載體形狀的實(shí)例包括片狀、帶狀和線狀。在這些形狀中，載體優(yōu)選為線狀，因?yàn)槠淠軌蛉菀椎卦O(shè)計(jì)且能夠應(yīng)用到廣泛的領(lǐng)域。
載體的厚度也不受特別限制，只要其能夠固定碳納米管；例如厚度優(yōu)選為2nm至20nm。
存在于碳納米管鏈的碳納米管的數(shù)目不受特別限制；其根據(jù)納米孔結(jié)構(gòu)中納米孔之間的間距以及碳納米管鏈的長度而變化，且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卮_定。
在碳納米管鏈中，優(yōu)選各碳納米管與載體結(jié)合的一端為開口的，另一端為封閉的。具有這種組合的碳納米管鏈提供優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性且永不隨時(shí)間而經(jīng)歷氧化等。因此，碳納米管鏈能夠適用于各種用途中。
碳納米管鏈中的碳納米管優(yōu)選至少長度、尺寸和外徑中之一是相同的。當(dāng)該碳納米管鏈用于目標(biāo)檢測或作為傳感器時(shí)，各碳納米管具有類似程度的作用，因此達(dá)到穩(wěn)定操作的目的。
各碳納米管的長度可與金屬層的厚度相等，因此，能夠容易地得到具有長度為1μm或更小的微小碳納米管的碳納米管鏈。以及，由于碳納米管的長度對應(yīng)金屬層(例如，鋁層或礬土層)的厚度，能夠通過控制金屬層的厚度控制碳納米管，從而容易地、精確地、均一地得到所需的碳納米管長度。
碳納米管優(yōu)選以功能材料覆蓋；其實(shí)例包括例如抗體的生物分子。盡管碳納米管本身表現(xiàn)出吸附能力和釋放能力，用生物分子覆蓋碳納米管使利用生物分子檢測各種目標(biāo)成為可能。
本發(fā)明的碳納米管鏈的用途不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)剡x擇；例如，本發(fā)明的碳納米管鏈優(yōu)選用于捕獲檢測目標(biāo)。在此用途中，碳納米管鏈優(yōu)選具有目標(biāo)捕獲體。
-目標(biāo)捕獲體-目標(biāo)捕獲體優(yōu)選具有能夠與碳納米管鏈結(jié)合的結(jié)合部分和能夠捕獲檢測目標(biāo)的目標(biāo)捕獲部分。其原因在于這樣能夠有效地在同一個(gè)分子中具有分別的功能。
碳納米管鏈結(jié)合至目標(biāo)捕獲體的方式不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卮_定；然而，它們優(yōu)選通過化學(xué)鍵結(jié)合在一起，因?yàn)檫@樣使它們能夠更牢固地結(jié)合在一起。
目標(biāo)捕獲體不受特別限制，只要其能夠于捕獲部分捕獲檢測目標(biāo)，且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)剡x擇。
目標(biāo)捕獲體捕獲目標(biāo)的方式不受特別限制；可以通過物理吸附、化學(xué)吸附等完成捕獲，其可通過氫鍵結(jié)合、分子間作用力(范德華力)、配價(jià)鍵結(jié)合、離子鍵結(jié)合或共價(jià)鍵結(jié)合而實(shí)現(xiàn)。
目標(biāo)捕獲部分的合適實(shí)例包括由酶、輔酶、酶底物、酶抑制劑、包合物(在此之后可稱作“主體化合物”或“主體”)、金屬、抗體、抗原、蛋白質(zhì)、微生物、病毒、細(xì)胞碎片、代謝物、核酸、激素、激素受體、凝集素、糖、生理活性物質(zhì)、生理活性物質(zhì)受體、過敏原、血蛋白、組織蛋白、核酸物質(zhì)、病毒粒子、神經(jīng)遞質(zhì)、庚烷、寄生物、內(nèi)分泌干擾物和化學(xué)物種或其衍生物形成的目標(biāo)捕獲部分。
-檢測目標(biāo)-當(dāng)目標(biāo)捕獲部分是酶時(shí)，檢測目標(biāo)例如是該酶的輔酶；當(dāng)目標(biāo)捕獲部分是輔酶時(shí)，檢測目標(biāo)例如是該輔酶作為輔酶的酶；當(dāng)目標(biāo)捕獲部分是包合物時(shí)，檢測目標(biāo)例如是該包合物的客體化合物(被包含的組分)；當(dāng)目標(biāo)捕獲部分是抗體時(shí)，檢測目標(biāo)例如是蛋白質(zhì)，其為對抗該抗體的抗原；當(dāng)目標(biāo)捕獲部分是蛋白質(zhì)時(shí)，檢測目標(biāo)例如是將該蛋白質(zhì)識別為抗原的抗體；當(dāng)目標(biāo)捕獲部分是核酸時(shí)，檢測目標(biāo)例如是與該核酸互補(bǔ)的核酸；當(dāng)目標(biāo)捕獲部分例如是微管蛋白或甲殼質(zhì)等激素受體時(shí)，檢測目標(biāo)例如是該激素受體所接受的激素；當(dāng)目標(biāo)捕獲部分是凝集素時(shí)，檢測目標(biāo)例如是由該凝集素接受的糖；當(dāng)目標(biāo)捕獲部分是生理活性物質(zhì)受體時(shí)，檢測目標(biāo)例如是由該生理活性物質(zhì)受體接受的生理活性物質(zhì)。
包含上述所指的檢測目標(biāo)的樣本不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)剡x擇；實(shí)例包括例如細(xì)菌和病毒的病原體；從活體分離的血液、唾液、組織切片；和例如糞和尿的排泄物；在產(chǎn)前診斷時(shí)，羊水中的某些胚胎細(xì)胞或某些活體外的分裂卵細(xì)胞也能用作樣本。在使用前，樣本可直接或在需要時(shí)通過離心作用經(jīng)濃縮成沉淀物后，進(jìn)行細(xì)胞破壞處理(例如酶處理、加熱處理、表面活性劑處理、超聲波處理或其任何組合)。
包合物不受特別限制，只要其具有分子識別能力(即主體-客體結(jié)合能力)，且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)剡x擇；實(shí)例包括具有圓柱體(單維)空心、層狀(兩維)空心和籠狀(三維)空心的包合物。
含有圓柱體(單維)空心的包合物的實(shí)例包括尿素、硫脲、脫氧膽酸、二硝基聯(lián)苯(dinitrodiphenyl)、二氧三苯甲烷、三苯甲烷、甲基萘、螺色滿(spirochroman)、PHTP(peryhdrotriphenylene)、纖維素、直鏈淀粉和環(huán)糊精(在溶液中，空心為籠狀的)。
能夠由尿素捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括正石蠟衍生物。
能夠由硫脲捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括支鏈烴和環(huán)烴。
能夠由脫氧膽酸捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括石蠟、脂肪酸和芳香化合物。
能夠由二硝基聯(lián)苯捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括聯(lián)苯衍生物。
能夠由二氧三苯甲烷捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括石蠟、正烯烴和鯊烯。
能夠由三苯甲烷捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括石蠟。
能夠由甲基萘捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括正石蠟和支鏈?zhǔn)?，兩者具有高達(dá)16個(gè)碳原子。
能夠由螺色滿捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括石蠟。
能夠由PHTP(peryhdrotriphenylene)捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括氯仿、苯和各種聚合物物質(zhì)。
能夠由纖維素捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括H2O2、石蠟、CCl4、染料和碘。
能夠由直鏈淀粉捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括脂肪酸和碘。
環(huán)糊精是通過淀粉酶分解淀粉而產(chǎn)生的環(huán)狀糊精，三種熟知的環(huán)糊精為α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精。在本發(fā)明中使用的環(huán)糊精還包括環(huán)糊精衍生物，其中它們的一些羥基被其它官能團(tuán)例如烷基、烯丙基、烷氧基、酰胺基和/或磺酸基取代。
能夠由環(huán)糊精捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括例如麝香草酚、丁子香酚、間苯二酚、乙二醇單苯醚和2-羥基-4-甲氧基-二苯甲酮等苯酚衍生物；例如水楊酸、對羥苯甲酸甲酯和對羥苯甲酸乙酯及其酯等苯甲酸衍生物；例如膽固醇等類固醇；例如維生素C、維生素A、維生素E等維生素；例如檸檬油精、異硫氰酸烯丙酯等烴；山梨酸；碘分子；甲基橙；剛果紅；和2-對甲苯胺基萘-6-磺酸鉀(TNS)。
層狀(兩維)包合物的實(shí)例包括粘土礦物、石墨、蒙皂石、蒙脫石和沸石。
能夠由粘土礦物捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括親水物質(zhì)和極性化合物。
能夠由石墨捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括O、HSO4-、鹵素、鹵化物和堿金屬。
能夠由蒙脫石捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括番木鱉堿、可待因、鄰苯二胺、聯(lián)苯胺、哌啶、腺嘌呤、鳥嘌呤、及其核糖甙。
能夠由沸石捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括H2O等。
籠狀(三維)包合物的實(shí)例包括對苯二酚、氣體水合物、三-o-胸腺肽(tri-o-thymotide)、黃酮(oxyflavane)、二腈胺鎳、穴狀配體、杯芳烴和冠狀化合物。
能夠由對苯二酚捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括HCl、SO2、乙炔和稀有氣體元素。
能夠由氣體水合物捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括鹵素、稀有氣體元素和低級烴。
能夠由三-o-胸腺肽捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括環(huán)己烷、苯和氯仿。
能夠由黃酮捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括有機(jī)堿。
能夠由二氰胺鎳捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括苯和苯酚。
能夠由穴狀配體捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包NH4+和各種金屬離子。
杯芳烴為環(huán)狀低聚物，其中苯酚單元由亞甲基鏈結(jié)在一起，其能夠在合適的條件下由苯酚和甲醛制備；4至8元聚合是已知的。在其中，能夠由對叔丁基杯芳烴(n＝4)捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括氯仿、苯和甲苯。能夠由對叔丁基杯芳烴(n＝5)捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括異丙醇和丙酮。能夠由對叔丁基杯芳烴(n＝6)捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括氯仿和甲醇。能夠由對叔丁基杯芳烴(n＝7)捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括氯仿。
冠狀化合物的實(shí)例不僅包括具有氧作為給電子原子的冠醚，還包括具有例如作為環(huán)組成的氮和硫的給電子原子的類似大環(huán)化合物，還包括具有兩個(gè)或以上環(huán)的絡(luò)合環(huán)狀冠狀化合物，例如具體如下的穴狀配體環(huán)己基-12-冠-4、二苯并-14-冠-4、叔丁基苯并-15-冠-5、二苯并-18-冠-6、二環(huán)己基-18-冠-6、18-冠-6、三苯并-18-冠-6、四苯并-24-冠-8和二苯并-26-冠-6。
能夠由冠狀化合物捕獲的檢測目標(biāo)的實(shí)例包括例如Li、Na和K堿金屬的各種金屬離子；例如Mg和Ca堿土金屬的金屬離子；NH4+；烷基銨離子；胍離子、芳香重氮離子。冠狀化合物與這些離子形成絡(luò)合物。能夠由冠狀化合物捕獲的其它檢測目標(biāo)的實(shí)例包括具有相對較大酸性的C-H單元(例如，乙腈、丙二腈、己二腈)、N-H單元(例如，苯胺、氨基苯甲酸、酰胺和硫酰胺衍生物)和O-H單元(例如，苯酚、乙酸衍生物)的極性有機(jī)化合物，冠狀化合物也與這些極性有機(jī)化合物形成絡(luò)合物。
包合物的空心的尺寸(直徑)不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，但為了使包合物提供穩(wěn)定的分子識別能力(主體客體結(jié)合能力)，直徑優(yōu)選為0.1nm至2.0nm。
此外，包合物能夠分類成例如單分子主體化合物、多分子主體化合物、聚合物主體化合物和無機(jī)主體化合物。
單分子主體化合物的實(shí)例包括環(huán)糊精、冠狀化合物、環(huán)芬、氮雜環(huán)芬、杯芳烴、cyclotriveratrylene、spherand、空穴配體和寡肽。
多分子主體化合物的實(shí)例包括環(huán)尿素、硫脲、脫氧膽酸、peryhdrotriphenylene和三-o-胸腺肽。
聚合物主體化合物的實(shí)例包括纖維素、淀粉、甲殼質(zhì)、脫乙酰殼多糖和聚乙烯醇。
無機(jī)主體化合物的實(shí)例包括嵌入化合物、沸石和霍夫曼型絡(luò)合物。
抗體不受特別限制只要其與特定的抗原進(jìn)行抗原抗體反應(yīng)；其可以是多克隆抗原或單克隆抗原，且進(jìn)一步的實(shí)例包括IgG、IgM、IgE、Fab′、Fab、IgG的F(ab′)2和抗生物素蛋白。
抗原不受特別限制且能夠根據(jù)抗體的本性而適當(dāng)?shù)剡x擇；實(shí)例包括血漿蛋白、腫瘤標(biāo)記、脫輔基蛋白、病毒抗原、自身抗體、凝血/纖溶因子、激素、血液中的藥物、HLA抗原和生物素。
血漿蛋白的實(shí)例包括免疫球蛋白(IgG、IgA、IgM、IgD和IgE)、互補(bǔ)成分(C3、C4、C5和C1q)、CRP、α1-抗胰蛋白酶、α1-微球蛋白、β2-微球蛋白、結(jié)合珠蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白、血漿銅藍(lán)蛋白和鐵蛋白。
腫瘤標(biāo)記的實(shí)例包括α-甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)、CA19-9、CA125、CA15-3、SCC抗原、前列腺酸磷酸酶(PAP)、PIVKA-II、γ-精漿蛋白、TPA、彈性蛋白酶I、神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)和免疫抑制酸性蛋白(IAP)。
脫輔基蛋白的實(shí)例為apo A-I、apo A-II、apo B、apo C-II、apo C-III和apo E。
病毒抗原的實(shí)例包括乙型肝炎病毒(HBV)抗原、丙型肝炎病毒(HCV)抗原、HTLV-I、HIV、狂犬病病毒、流感病毒和風(fēng)疹病毒的抗原。
HCV抗原的實(shí)例包括HCVc100-3重組抗原、pHCV-31重組抗原、pHCV-34重組抗原、以及可以適當(dāng)使用的其混合物。HIV抗原的實(shí)例包括病毒表面抗原例如HIV-I env.gp41重組抗原、HIV-I env.gp120重組抗原、HIV-I gag.p24重組抗原和HIV-II env.p36重組抗原。
病毒之外的病原體例如是MRSA、ASO、弓形蟲、支原體和STD。
自身抗體的實(shí)例包括抗anti-microzome抗體、anti-siloglobulin抗體、抗核抗體、類風(fēng)濕因子、抗線粒體抗體和髓磷脂抗體。
凝血/纖溶因子的實(shí)例包括纖維蛋白原、纖維蛋白降解產(chǎn)物(FDP)、血纖維蛋白溶酶原、α2-纖溶酶抑制物、抗凝血酶III、β-血小板球蛋白、因子VIII、蛋白C和蛋白S。
激素的實(shí)例包括垂體激素(LH、FSH、GH、ACTH、TSH和泌乳刺激素)、甲狀腺激素(T3、T4和siloglobulin)、降血鈣素、甲狀旁腺激素(PTH)、促腎上腺皮質(zhì)激素(醛固酮、皮質(zhì)醇)、性腺激素(hCG、雌激素、睪丸激素、hPL)、以及胰腺和胃腸道激素(胰島素、C-肽、胰高血糖素、胃泌激素)。其它實(shí)例包括腎素、血管緊張素I、血管緊張素II、腦啡肽和紅細(xì)胞生成素。
血液中的藥物的實(shí)例例如是卡馬西平、普里米酮和丙戊酸的抗癲癇藥物；例如是地高辛、奎納定、洋地黃毒苷和茶堿的循環(huán)器官疾病藥物；以及例如是慶大霉素、卡那霉素和鏈霉素的抗生素。
上述蛋白的適宜實(shí)例包括低分子量的蛋白質(zhì)，分子量的范圍大約從6000到13000，其對重金屬有高的親和力，尤其是對鋅、鎘、銅和汞。這些蛋白質(zhì)存在于動物的肝、腎和其它器官或組織中，且最近已顯示還存在于微生物中。它們具有高含量的半胱氨酸且包含幾乎沒有芳香殘基的各樣氨基酸。此外，它們是解除體內(nèi)鎘和汞的毒性的重要物質(zhì)，且還參與必需痕量金屬例如鋅和銅至活體內(nèi)的儲存和分布。
該重金屬的實(shí)例包括烷基汞化合物(R-Hg)、汞(Hg)或其化合物、鎘(Cd)或其化合物、鉛(Pb)或其化合物、六價(jià)鉻(Cr6+)、銅(Cu)或其化合物、鋅(Zn)或其化合物、氰、砷、硒、錳、鎳、鐵、鋅、硒和錫。
根據(jù)本發(fā)明的碳納米管鏈的生產(chǎn)工藝，能夠有效地生產(chǎn)碳納米管鏈。
本發(fā)明的碳納米管鏈由上述碳納米管構(gòu)成，該碳納米管整齊地間隔且同時(shí)具有吸附能力和釋放能力。因此，能夠容易地設(shè)計(jì)和操作本發(fā)明的碳納米管鏈，且能夠應(yīng)用到廣泛的領(lǐng)域。例如，本發(fā)明的碳納米管鏈能夠檢測各類目標(biāo)物質(zhì)，包括致病物質(zhì)、生物物質(zhì)和有毒物質(zhì)，且適用于各種領(lǐng)域包括作為例如目標(biāo)檢測器、生物傳感器和氣敏傳感器的傳感器。
(目標(biāo)檢測器)本發(fā)明的目標(biāo)檢測器包括本發(fā)明的碳納米管鏈和固定器，以及在需要時(shí)進(jìn)一步包括適當(dāng)?shù)剡x擇的附加部分。
碳納米管鏈優(yōu)選包括能夠捕獲檢測目標(biāo)的捕獲部分。
捕獲部分不受特別限制只要其能夠捕獲檢測目標(biāo)，且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)剡x擇；然而，捕獲部分優(yōu)選由上述目標(biāo)捕獲體形成，且碳納米管鏈和目標(biāo)捕獲體優(yōu)選以化學(xué)鍵接結(jié)合在一起。
需要注意的是，碳納米管鏈的詳細(xì)資料、檢測目標(biāo)和目標(biāo)捕獲體與上述說明的相同。
固定器的材料、形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸、厚度等不受特別限制且能夠適當(dāng)?shù)卮_定，只要固定器能夠被固定以及用手操作，固定器的表面固定有碳納米管鏈。例如，能夠使用例如由鋁制造的金屬板、由塑膠制造的丙烯酸板，兩者的尺寸例如是10cm乘1cm，厚度為1cm。
碳納米管鏈固定至固定器的位置不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卮_定；例如，碳納米管鏈的載體固定在固定器上端表面，由此使碳納米管定向于與固定器的長度基本上成一直角的方向。在此情況下，待固定到固定器的碳納米管鏈的數(shù)目不受特別限制；可以根據(jù)預(yù)定的目的，固定一個(gè)或多個(gè)碳納米管鏈。當(dāng)使用兩個(gè)或以上的碳納米管鏈時(shí)，不同的物質(zhì)(例如，稍后說明的檢測目標(biāo))能夠在碳納米管鏈上作用，由此使對這些物質(zhì)(檢測目標(biāo))進(jìn)行同步分析成為可能。
使碳納米管鏈固定到固定器的方法不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卮_定；例如，能夠利用粘合劑使碳納米管鏈固定到固定器，該粘合劑可以是購買現(xiàn)成的或可以在需要時(shí)制備。粘合劑的實(shí)例包括雙組分環(huán)氧粘合劑。
利用帶有目標(biāo)捕獲體的碳納米管鏈檢測目標(biāo)的方法不受特別限制，且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卮_定；例如，可以使用涉及ELISA、振動或粘度測量傳感器、雜交探針等的檢測方法。
利用ELISA進(jìn)行檢測時(shí)，例如相應(yīng)為目標(biāo)捕獲體的抗體結(jié)合至目標(biāo)檢測器中的碳納米管。熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)由抗體捕獲，通過激光束照射而受激發(fā)，隨后進(jìn)行光發(fā)射，然后測量光的強(qiáng)度進(jìn)行鑒別。
利用振動或粘度測量傳感器進(jìn)行檢測時(shí)，例如經(jīng)化學(xué)結(jié)合或固定至石英晶體振蕩器的電極或聲表面波(SAW)器件的載體和碳納米管，相應(yīng)為目標(biāo)捕獲體。當(dāng)目標(biāo)物質(zhì)容許在目標(biāo)捕獲體上作用時(shí)，目標(biāo)物質(zhì)尤其結(jié)合至目標(biāo)捕獲體的捕獲部分，由此導(dǎo)致目標(biāo)捕獲體的重量或粘度的變化。這些變化經(jīng)檢測以及由石英晶體振蕩器或聲表面波器件轉(zhuǎn)換成頻率變化。因此，通過利用頻率儀檢測此頻率變化能夠測定目標(biāo)物質(zhì)的存在。
此外，樣本中的目標(biāo)物質(zhì)能夠從該目標(biāo)物質(zhì)的校正曲線而定量化(其濃度能夠被測定)，該校正曲線由先前制備包含不同濃度的目標(biāo)物質(zhì)的樣本而得到的。
注意的是，石英晶體振蕩器意指薄石英板，該薄石英板在其兩側(cè)具有通過氣相沉積而成的金屬電極，其中給出的頻率振動是通過在電極之間施加交流電壓后的逆壓電效應(yīng)生成的。例如，可以使用具有銀沉積電極的石英晶體振蕩器(9MHz，AT-cut)。
聲表面波(SAW)器件意指于表面形成具有一對梳狀電極的固體物件；該器件將電訊號轉(zhuǎn)換成聲表面波(在固體表面?zhèn)鞑サ穆暡ɑ虺暡?，將其傳送至對電極，然后再以電訊號輸出。利用此SAW器件，能夠得到對刺激作出反應(yīng)的特定頻率訊號。例如，可以使用能提供壓電效應(yīng)的鐵電質(zhì)諸如酒石酸鋰、鈮酸鋰、石英和氧化鋅薄膜作為SAW器件的材料。
利用雜交探針進(jìn)行檢測時(shí)，通過化學(xué)變性得到的單鏈DNA相應(yīng)為目標(biāo)捕獲體。通過容許經(jīng)標(biāo)記的DNA探針在目標(biāo)捕獲體上作用或進(jìn)行雜交，有可能檢測到特定的DNA序列，該序列與DNA探針互補(bǔ)(即，A(腺嘌呤)對T(胸腺嘧啶)和G(鳥嘌呤)對C(胞嘧啶))。雜交檢測方法容許對造成癌癥、免疫性疾病等的多重基因的活化(表現(xiàn)度)作系統(tǒng)性分析。
由于本發(fā)明的目標(biāo)檢器包括本發(fā)明的碳納米管鏈，各種物質(zhì)能夠吸附至碳納米管并與其反應(yīng)，且各種目標(biāo)物質(zhì)能夠吸附至碳納米管或從碳納米管中釋放出來。另外，由于碳納米管鏈固定在固定器上，能夠通過由人手固定固定器而確保高度簡易的使用。此外，如果待固定的碳納米管鏈的數(shù)目為1，碳納米管鏈能夠劃分成多個(gè)區(qū)域，由此能夠使不同物質(zhì)結(jié)合至不同區(qū)域的碳納米管的終端。如果待固定的碳納米管鏈的數(shù)目為2，能夠容許不同物質(zhì)結(jié)合至不同的鏈。前者的實(shí)例如下當(dāng)碳納米管鏈被劃分成兩個(gè)用作傳感器的區(qū)域，以檢測廢水中的某些污染物質(zhì)時(shí)，能夠捕獲重金屬的目標(biāo)捕獲體特別地結(jié)合至兩個(gè)區(qū)域之一的碳納米管，由此，能夠在同一時(shí)間檢測到兩個(gè)不同的污染物質(zhì)?；蛘撸€能夠通過使用兩個(gè)碳納米管鏈達(dá)至同步檢測兩個(gè)不同污染物質(zhì)的目的，其中一個(gè)碳納米管鏈具有與能夠捕獲重金屬的目標(biāo)捕獲體結(jié)合的碳納米管，且另一個(gè)碳納米管鏈具有與能夠捕獲腈的目標(biāo)捕獲體結(jié)合的碳納米管。
本發(fā)明的目標(biāo)檢測器能夠進(jìn)行高靈敏度檢測，以及對各種目標(biāo)包括致病物質(zhì)、生物物質(zhì)和有毒物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量和定量分析，且能夠適用于各種領(lǐng)域包括用作例如生物傳感器和氣敏傳感器的傳感器。
(目標(biāo)檢測方法)本發(fā)明的目標(biāo)檢測方法使用上述說明的本發(fā)明的目標(biāo)檢測器，且使目標(biāo)檢測器在包含檢測目標(biāo)的樣本上作用，以及在需要時(shí)進(jìn)一步包括適當(dāng)?shù)剡x擇的附加步驟。
目標(biāo)檢測器為本發(fā)明的目標(biāo)檢測器，檢測目標(biāo)與上述說明的相同。
當(dāng)包含檢測目標(biāo)的樣本容許于目標(biāo)檢測器上作用時(shí)，通過目標(biāo)檢測器的目標(biāo)捕獲體捕獲檢測目標(biāo)。
使目標(biāo)檢測器在樣本上作用的方法不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的而適當(dāng)?shù)卮_定；例如，可使用使具有目標(biāo)捕獲體的目標(biāo)檢測器浸沉在樣本中的方法。
注意的是，當(dāng)目標(biāo)檢測器包括多個(gè)碳納米管鏈時(shí)，能夠通過使不同種類的目標(biāo)捕獲體固定至各碳納米管鏈達(dá)至對多個(gè)檢測目標(biāo)進(jìn)行同步分析的目的。
利用帶有目標(biāo)捕獲體的碳納米管鏈的檢測目標(biāo)的方法不受特別限制且能夠根據(jù)預(yù)定的目的適當(dāng)?shù)卮_定；例如，可以使用涉及ELISA、振動或粘度測量傳感器、雜交探針等的檢測方法。
利用ELISA進(jìn)行檢測時(shí)，例如相應(yīng)目標(biāo)捕獲體的抗體結(jié)合至目標(biāo)檢測器中的碳納米管。熒光標(biāo)記的目標(biāo)物質(zhì)由抗體捕獲，通過激光束照射而受激發(fā)，隨后進(jìn)行光發(fā)射，然后測量光的強(qiáng)度而進(jìn)行鑒別。
利用振動或粘度測量傳感器進(jìn)行檢測時(shí)，例如經(jīng)化學(xué)結(jié)合或固定至一石英晶體振蕩器的電極或聲表面波(SAW)器件的載體和碳納米管，相應(yīng)為目標(biāo)捕獲體。當(dāng)目標(biāo)物質(zhì)容許在目標(biāo)捕獲體上作用時(shí)，目標(biāo)物質(zhì)尤其結(jié)合至目標(biāo)捕獲體的捕獲部分，由此導(dǎo)致目標(biāo)捕獲體的重量或粘度的變化。這些變化經(jīng)檢測以及由石英晶體振蕩器或聲表面波器件轉(zhuǎn)換成頻率變化。因此，通過利用頻率儀檢測此頻率變化能夠測定目標(biāo)物質(zhì)的存在。
此外，樣本中的目標(biāo)物質(zhì)能夠從該目標(biāo)物質(zhì)的校正曲線而定量化(其濃度能夠被測定)，該校正曲線由先前制備包含不同濃度的目標(biāo)物質(zhì)的樣本而得到的。
注意的是，石英晶體振蕩器意指薄石英板，該薄石英板在其兩側(cè)具有通過氣相沉積而成的金屬電極，其中給出的頻率振動是通過在電極之間施加交流電壓后的逆壓電效應(yīng)生成的。例如，可以使用具有銀沉積電極的石英晶體振蕩器(9MHz，AT-cut)。
聲表面波(SAW)器件意指于其表面具有一對梳狀電極的固體物件；該器件將電訊號轉(zhuǎn)換成聲表面波(在固體表面?zhèn)鞑サ穆暡ɑ虺暡?，將其傳送至對電極，然后再以電訊號輸出。利用此SAW器件，能夠得到對刺激作出反應(yīng)的特定頻率訊號。例如，可以使用能提供壓電效應(yīng)的鐵電質(zhì)諸如酒石酸鋰、鈮酸鋰、石英和氧化鋅薄膜作為SAW器件的材料。
利用雜交探針進(jìn)行檢測時(shí)，通過化學(xué)變性得到的單鏈DNA相應(yīng)為目標(biāo)捕獲體。通過容許經(jīng)標(biāo)記的DNA探針作用至或雜交至目標(biāo)捕獲體，可檢測到特定的DNA序列，該序列與DNA探針互補(bǔ)(即，A(腺嘌呤)對T(胸腺嘧啶)和G(鳥嘌呤)對C(胞嘧啶))。雜交檢測方法容許對造成癌癥、免疫性疾病等的多重基因的活化(表現(xiàn)度)作系統(tǒng)性分析。
本發(fā)明的目標(biāo)檢測器能夠達(dá)至有效、高精確性檢測，以及對包含在樣本中的各種目標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量和定量分析。例如，對酶、輔酶、酶底物、酶抑制劑、包合物、金屬、抗體、抗原、蛋白質(zhì)、微生物、病毒、細(xì)胞碎片、代謝物、核酸、激素、激素受體、凝集素、糖、生理活性物質(zhì)、生理活性物質(zhì)受體、過敏原、血蛋白、組織蛋白、核酸物質(zhì)、病毒粒子、神經(jīng)遞質(zhì)、肝素、寄生物、內(nèi)分泌干擾物和化學(xué)物種或其衍生物進(jìn)行分析或篩選，且能夠?qū)嵭兄翚怏w組分。因此本發(fā)明的目標(biāo)檢測方法能夠適用于藥物的開發(fā)、疾病的診斷、目標(biāo)物質(zhì)、生物分子和氣體的測定等。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將通過舉例說明本發(fā)明，但其不應(yīng)被理解為對本發(fā)明的范圍作出的限制。
(納米結(jié)構(gòu)形成實(shí)驗(yàn))具有線和空間(節(jié)距＝150nm)圖案的鑄模壓向待進(jìn)行陽極處理以形成納米孔(礬土孔)的鋁層中，由此將線(凹面或凹槽)和空間(凸面或基面)圖案壓印至鋁層表面。這樣，如圖2A顯示，形成交替的凹槽和線狀基面圖案(即整齊間隔的凹槽圖案)。隨后，鋁層于稀釋的草酸溶液中在60V下進(jìn)行陽極處理，導(dǎo)致僅于凹槽中沿著它們的長度形成自組織的納米孔(礬土孔)(換句話說，形成納米孔行)，如圖2B所顯示的。
(實(shí)施例1)-制備碳納米管鏈-<納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟>
如圖3A所示，使用EB mask writer(ELS7000，由ELIONIX CO.，LTD制造)，于SiC襯底涂覆EB抗蝕劑，且繪上線條使產(chǎn)生凹面和凸面圖案(線和空間)，隨后通過蝕刻處理得到SiC鑄模50。注意的是，圖案中相鄰凹線(凹槽)之間的間距(節(jié)距)為150nm，凹槽的深度為100nm，且凸面或基面的寬度與凹面或凹槽的寬度的比率(凸面寬/凹面寬)為1∶1。
如圖3B所示，Nb通過濺射在硅襯底52上真空沉積成50nm厚，由此形成與上述說明相同的電極層，且鋁通過鋁濺射靶的濺射在電極層上真空沉積成350nm厚，由此形成與上述說明相同的金屬層54。其后，SiC鑄模50壓向金屬層54，由此使SiC鑄模50表面的圖案壓印至金屬層54表面上。如圖2A所示，這樣導(dǎo)致在金屬層54表面上形成凹面和凸面圖案。理應(yīng)注意的是，SiC鑄模50利用壓力為3000kg/cm2的液壓機(jī)壓向金屬層54。
經(jīng)壓印上述圖案的金屬層54隨后于稀釋的草酸浴中在60V下進(jìn)行陽極處理。如圖2B和3C顯示，導(dǎo)致納米孔結(jié)構(gòu)58的產(chǎn)生，其中許多納米孔(氧化鋁納米孔或礬土孔)56僅在凹槽中形成，由此它們定向于與金屬層54表面基本上成一直角的方向。需要注意的是，在凹槽中的相鄰納米孔56之間的間距為大約150nm，金屬層54的厚度(即各納米孔56的深度或長度)為300nm，且各納米孔56的開口直徑為50nm。
<碳納米管形成步驟>
使用丙烯氣體作為碳源氣體，由此使形成碳納米管，以及使用氮作為載氣，通過CVD使碳沉積在納米孔(礬土納米孔)結(jié)構(gòu)58的外表面和納米孔56內(nèi)。更具體而言，具有納米孔56的硅襯底52置于石英反應(yīng)管中，然后于2小時(shí)內(nèi)在氮流下加熱至800℃。此后，將1.2％丙烯和氮?dú)?載氣)引入至反應(yīng)管中，其后進(jìn)行2小時(shí)800℃的CVD。隨后，停止丙烯的供應(yīng)，且在氮流下使反應(yīng)管冷卻至室溫。
依照上述步驟，如圖3D顯示，納米孔結(jié)構(gòu)58表面沉積了碳層60，且納米孔結(jié)構(gòu)58的納米孔56中形成了碳納米管62。碳納米管的平均長度為300nm。
<碳清除步驟>
為了進(jìn)行拋光，將其表面沉積了碳層60的納米孔結(jié)構(gòu)58放置在轉(zhuǎn)臺上，使具有研磨涂層(粒徑＝3μm)的包裹帶壓向納米孔結(jié)構(gòu)58，且在轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，提供用于表面拋光的冷卻水。這樣，如圖3E顯示，除去沉積在凹槽間的基面64表面的碳層60(即沉積在金屬層54的基面64上表面的碳層和沉積在基面64側(cè)面的碳層)。
<金屬層溶去步驟>
接著，將已除去沉積在凹槽間的基面64表面的碳層60的納米孔結(jié)構(gòu)58經(jīng)受NaOH(條件10M NaOH，150℃的高壓滅菌器)的水熱處理，使溶去金屬層(礬土層)54，并由稀鹽酸中和。最后，如圖3F顯示，根據(jù)本發(fā)明導(dǎo)致形成線狀碳納米管鏈68，其包含一端與線狀物件66結(jié)合的碳納米管行62，由此使它們定向于與線狀物件66表面基本上成一直角的方向。
(實(shí)施例2)-制備碳納米管鏈-實(shí)施例2的碳納米管鏈，除了使用以下的碳清除步驟，如實(shí)施例1制備。
<碳清除步驟>
通過上述碳納米管形成步驟獲得的表面沉積有碳層60的納米孔結(jié)構(gòu)58設(shè)置在氧離子束系統(tǒng)，其中在系統(tǒng)中采用的離子源為20kv ECR(電子回旋共振)源，其所放位置使離子束的入射角與樣本固定器成45°。其后，如圖4所示，以500eV氧離子束70照射納米孔結(jié)構(gòu)58，使除去在凹槽間的基面64表面上沉積的碳層60，即除去沉積在金屬層54的基面64上表面的碳層和沉積在基面64側(cè)面的碳層(見圖3E)。
隨后，如實(shí)施例1，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行金屬層溶去步驟以提供線狀碳納米管鏈68，其包含一端與線狀物件66結(jié)合的碳納米管行62，由此使它們定向于與線狀物件66表面基本上成一直角的方向(見圖3F)。
(實(shí)施例3)-制備碳納米管鏈-實(shí)施例3的碳納米管鏈，除了使用以下的碳清除步驟，如實(shí)施例1制備。
<碳清除步驟>
將上述碳納米管形成步驟獲得的表面沉積有碳層60的納米孔結(jié)構(gòu)58設(shè)置在離子處理系統(tǒng)(ion milling system，ME-1001，由VeecoInstruments制造)。然后，在加速電壓為50V和電流密度為20mA/cm2的條件下，以入射角為30°的氬離子束照射納米孔結(jié)構(gòu)58，使除去于凹槽間的基面64表面沉積的碳層60，即沉積在金屬層54的基面64上表面的碳層和沉積在基面64側(cè)面的碳層。
隨后，如實(shí)施例1，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行金屬層溶去步驟以提供線狀碳納米管鏈68，其包含一端與線狀物件66結(jié)合的碳納米管行62，由此使它們定向于與線狀物件66表面基本上成一直角的方向(見圖3F)。
(實(shí)施例4)-制備碳納米管鏈-實(shí)施例4的碳納米管鏈，除了使用以下的納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟，如實(shí)施例1制備。
<納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟>
使用EB mask writer(ELS7000，由ELIONIXCO.，LTD制造)，在通過旋涂于玻璃襯底上形成厚度為40nm的抗蝕層上繪上線條，由此，生成凹面和凸面的圖案(線和空間)。注意的是，圖案中的鄰近凹線(凹槽)之間的間距(節(jié)距)為60nm，凹槽的深度為50nm，且凸面或基面的寬度與凹面或凹槽的寬度的比率(凸面寬/凹面寬)為1∶1。然后，通過濺射于凹面和凸面的圖案上形成Ni層，且在使用Ni作為電極的同時(shí)，通過在氨基磺酸鎳浴中進(jìn)行電鑄使Ni層增厚至0.3mm。接著，將Ni層拋光制成Ni鑄模。
其后，Nb通過濺射在硅襯底上真空沉積成50nm厚，由此形成與上述說明相同的電極層，且鋁通過鋁濺射靶的濺射在電極層上真空沉積成350nm厚，由此形成與上述說明相同的金屬層。其后，Ni鑄模壓向金屬層，由此使Ni鑄模表面的圖案壓印至金屬層表面上。這樣導(dǎo)致在金屬層表面上形成凹面和凸面圖案。理應(yīng)注意的，Ni鑄模利用壓力為3000kg/cm2的液壓機(jī)壓向金屬層。
經(jīng)壓印上述圖案的金屬層隨后于稀釋的硫酸浴中在18V下進(jìn)行陽極處理。如圖5顯示，這樣導(dǎo)致納米孔結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，其中許多納米孔(礬土納米孔或礬土孔)如透孔僅在凹槽中形成，由此它們定向于在與金屬層表面基上成一直角的方向。需要注意的是，在凹槽中的相鄰納米孔之間的間距相當(dāng)細(xì)小(為大約45nm)，金屬層的厚度(即各納米孔的深度或長度)為350nm，各納米孔的開口直徑為20nm。
隨后，如實(shí)施例1，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行碳納米管形成步驟、碳清除步驟和金屬層溶去步驟，以提供線狀碳納米管鏈68，其包含一端與線狀物件66結(jié)合的碳納米管行62，由此使它們定向于與線狀物件66表面基本上成一直角的方向(見圖3F)。
(實(shí)施例5)-制備碳納米管鏈-如實(shí)施例1的納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟中，在EB曝光時(shí)，曝光量以給出的頻率變化，由此獲得凹面和凸面的圖案，其中如圖1A顯示，各凹面(凹槽)的寬度以100nm的間距變化。其后制成如實(shí)施例3的Ni鑄模。然后除了于稀釋硫酸中在40V下進(jìn)行陽極處理，其余步驟如實(shí)施例1，制備實(shí)施例5的碳納米管鏈。碳納米管鏈具有如圖1B顯示的結(jié)構(gòu)，且經(jīng)確認(rèn)，納米孔(礬土孔)以相應(yīng)具有較大寬度的凹槽的區(qū)域的間距整齊地間隔。
(實(shí)施例6)-制備目標(biāo)檢測器-如上述說明的固定器，由尺寸為10cm乘1cm且厚度為1cm的塑膠制備出棒狀丙烯酸板，且利用粘合劑(Aronalfa(TM)，由Toa Gosei生產(chǎn))將實(shí)施例1至5分別制得的碳納米管鏈68的1cm線狀物件66固定至固定器82的上端表面，并使碳納米管62定向于與固定器82的長度基本上成一直角的方向。這樣，制備成如圖6顯示的目標(biāo)檢測器80。
在具有實(shí)施例1至3制備的碳納米管鏈的目標(biāo)檢測器80中，各碳納米管鏈中碳納米管以150nm的間距間隔；因此，在各碳納米管鏈中的碳納米管的數(shù)目為67000。在具有實(shí)施例4制備的碳納米管鏈的目標(biāo)檢測器80中，在各碳納米管鏈中碳納米管以45nm的間距間隔；因此，在各碳納米管鏈中的碳納米管的數(shù)目為222000。在具有實(shí)施例5制備的碳納米管鏈的目標(biāo)檢測器80中，在各碳納米管鏈中碳納米管以100nm的間距間隔；因此，在各碳納米管鏈中的碳納米管的數(shù)目為100000。
-目標(biāo)檢測器的吸附能力的評估-內(nèi)分泌干擾化學(xué)物質(zhì)的檢測是通過使其吸附至下面制備的目標(biāo)檢測器而進(jìn)行的。
如圖6所示，目標(biāo)檢測器80是通過將實(shí)施例5的100個(gè)碳納米管鏈68固定在固定器82而制備的，該100個(gè)碳納米管鏈68各具有2cm長的線狀物件，且碳納米管以100nm的間距間隔。如圖7A所示，目標(biāo)檢測器80的碳納米管鏈68浸沉在包含雙酚A這種內(nèi)分泌干擾化學(xué)物質(zhì)(其濃度為1ng/mL)的溶液中。如圖7B所示，目標(biāo)檢測器80然后從包含雙酚A的溶液中取出，再浸沉在甲醇溶液中，在溶液中釋放所吸附的成分。利用高效液相色譜對溶液進(jìn)行的分析顯示雙酚A的存在。而且還確定能夠進(jìn)行定量分析，因?yàn)闄z測信號的強(qiáng)度基本上與濃度成正比。
從上述顯示的結(jié)果可確定即使雙酚A處于微量濃度也可進(jìn)行檢測，即含有碳納米管鏈的目標(biāo)檢測器具有吸附雙酚A的能力，并因此能夠適用于利用選擇性吸附能力的吸附檢測技術(shù)。理應(yīng)注意的，上述說明的目標(biāo)檢測器提供對4-正壬基苯酚、4-叔辛基苯酚、二噁英等的類似的吸附能力。
(實(shí)施例7)-目標(biāo)的檢測-利用具有經(jīng)化學(xué)修飾的碳納米管的目標(biāo)檢測器，對α-甲胎蛋白(AFP)進(jìn)行檢測。
將實(shí)施例6的目標(biāo)檢測器80的碳納米管鏈68(其中實(shí)施例5的100個(gè)碳納米管鏈68固定在固定器82(見圖6)，每個(gè)鏈具有2cm長的線狀物件且碳納米管以100nm的間距間隔，)首先在濃硝酸溶液中浸沉，并在800℃加熱3小時(shí)使羧基(-COOH)引入至碳納米管62。然后碳納米管62被鏈霉親和素修飾，隨后使其固定至生物素化的抗AFP抗體上。然后容許含有AFP的樣本和Ru(bpy3)2+標(biāo)記的抗AFP抗體在碳納米管62上作用，隨后用Ru(bpy3)2+的電化學(xué)發(fā)光對AFP進(jìn)行檢測。AFP的檢測極限低至10ng/mL且可進(jìn)行定量檢測。因此經(jīng)確定此目標(biāo)檢測器能夠適用于需要進(jìn)行化學(xué)修飾的生物高分子的分析。
根據(jù)本發(fā)明，能夠解決上述常規(guī)問題且提供由長度為1μm或更小的碳納米管行構(gòu)成的碳納米管鏈，該碳納米管鏈適用作例如目標(biāo)檢測器或傳感器；還提供了有效率的碳納米管鏈生產(chǎn)工藝；通過使用碳納米管鏈能夠進(jìn)行高靈敏度檢測，以及通過使用碳納米管鏈對各種目標(biāo)物包括致病物質(zhì)、生物物質(zhì)和有毒物質(zhì)進(jìn)行定性和定量的分析，且可適用作生物傳感器和氣敏傳感器；以及通過使用目標(biāo)檢測器能夠容易而高靈敏度的檢測目標(biāo)的目標(biāo)檢測方法。
本發(fā)明的碳納米管鏈能夠?qū)Ω鞣N目標(biāo)(目標(biāo)物)包括致病物質(zhì)、生物物質(zhì)和有毒物質(zhì)進(jìn)行定性和定量的分析，且適用于各種領(lǐng)域包括例如用作目標(biāo)檢測器、生物傳感器和氣敏傳感器。
本發(fā)明的目標(biāo)檢測器也能夠?qū)Ω鞣N目標(biāo)包括致病物質(zhì)、生物物質(zhì)和有毒物質(zhì)進(jìn)行定性和定量的分析，且適用于各種領(lǐng)域包括例如用作目標(biāo)檢測器、生物傳感器和氣敏傳感器；本發(fā)明用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝能夠用于生產(chǎn)本發(fā)明的碳納米管鏈。
本發(fā)明的目標(biāo)檢測方法能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行簡易和高靈敏度的檢測。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管鏈，其包括載體；和一端與載體表面結(jié)合的多個(gè)碳納米管，其中多個(gè)碳納米管定向于與載體表面基本上成一直角的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管鏈，其中所述載體為線狀物件且所述碳納米管排列成行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管鏈，其中與所述載體結(jié)合的各碳納米管的一端為開口的，且其另一端為封閉的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管鏈，其中所述多個(gè)碳納米管的長度、厚度和外徑中至少之一是相同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管鏈，其中所述碳納米管的平均長度為1μm或更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管鏈，其中所述載體由碳制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管鏈，其中所述碳納米管用功能材料覆蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管鏈，其中所述碳納米管鏈用于捕獲檢測目標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管鏈，其中所述碳納米管鏈包括目標(biāo)捕獲體和目標(biāo)捕獲部分，所述目標(biāo)捕獲體含有能夠與碳納米管結(jié)合的結(jié)合部分，所述目標(biāo)捕獲部分能夠捕獲檢測目標(biāo)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的碳納米管鏈，其中所述碳納米管和目標(biāo)捕獲體由化學(xué)鍵結(jié)合在一起。
11.一種目標(biāo)檢測器，其包括碳納米管鏈；和固定器；其中所述碳納米管鏈包括能夠捕獲檢測目標(biāo)的捕獲部分，且其中所述碳納米管鏈包括載體和一端與載體表面結(jié)合的多個(gè)碳納米管，其中所述多個(gè)碳納米管定向于與載體表面基本上成一直角的方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的目標(biāo)檢測器，其中所述捕獲部分由目標(biāo)捕獲體形成，所述目標(biāo)捕獲體包括能夠與碳納米管結(jié)合的結(jié)合部分和能夠捕獲檢測目標(biāo)的目標(biāo)捕獲部分。
13.一種用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝，其包括在金屬層形成凹槽；進(jìn)行納米孔形成處理以形成納米孔結(jié)構(gòu)，其中納米孔行于各凹槽中形成，所述納米孔定向于與金屬層表面基本上成一直角的方向；在各納米孔中形成碳納米管；除去凹槽間金屬層的基面表面上沉積的碳；且溶去金屬層；其中所述碳納米管鏈包括載體和一端與載體表面結(jié)合的多個(gè)碳納米管，其中所述多個(gè)碳納米管定向于與載體表面基本上成一直角的方向。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝，其中金屬層由鋁制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝，其中所述各凹槽的寬度沿著其長度以整齊的間距改變。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝，其中所述的納米孔形成處理為陽極處理。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝，其中所述碳納米管由化學(xué)氣相沉積形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝，其中除去沉積在金屬層的基面表面上的碳是通過包裹或化學(xué)機(jī)械拋光中的至少一種進(jìn)行的。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述用于生產(chǎn)碳納米管鏈的工藝，其中除去沉積在金屬層的基面?zhèn)让嫔系奶际峭ㄟ^與基面的長度和高度成角度地施加離子束和電子束中的一種而進(jìn)行的。
20.一種目標(biāo)檢測方法，其包括使目標(biāo)檢測器在含有檢測目標(biāo)的樣本上作用，其中所述目標(biāo)檢測器包括碳納米管鏈和固定器，其中所述碳納米管鏈包括載體和一端與載體表面結(jié)合的多個(gè)碳納米管，其中所述多個(gè)碳納米管定向于與載體表面基本上成一直角的方向，且其中所述碳納米管鏈包括能夠捕獲檢測目標(biāo)的捕獲部分。
全文摘要
本發(fā)明提供由碳納米管構(gòu)成的碳納米管鏈、適于用作例如目標(biāo)檢測器或傳感器的碳納米管鏈、以及提供高效的碳納米管鏈生產(chǎn)工藝。該碳納米管鏈包括載體和一端與載體表面結(jié)合的多個(gè)碳納米管，其中該多個(gè)碳納米管定向于與載體表面基本上成一直角的方向。
文檔編號B82B3/00GK101070154SQ20071009193
公開日2007年11月14日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者伊藤健一, 益田秀樹, 京谷隆 申請人:富士通株式會社, 國立大學(xué)法人東北大學(xué), 財(cái)團(tuán)法人神奈川科學(xué)技術(shù)研究院