大。因此，如图2B所示，提供氮化硅膜，该氮化硅膜具有中心孔，在图2B中显示为圆形，氮化硅膜的边缘由氮化硅/氧化硅膜支承，所述氮化硅/氧化硅膜的边缘由硅基片支承。要处理的原子级薄膜布置在氮化硅的表面上。在制备这些的一个实例制备方法中，氮化硅和氧化硅的层覆盖涂覆于硅基片上，并且利用UV光刻和反应性离子浸蚀，在晶片的一侧上在顶部氮化娃层中形成窗，例如，650 μπι2窗，每3mm的模具(die) —个窗。用氢氧化钾浸蚀使硅从晶片背侧向下浸蚀到氧化物层，从而释放自立氮化硅/ 二氧化硅膜。用聚焦离子束铣通过?90%氧化物浸蚀~3 μ m窗，随后氟化氢浸蚀，这释放~3 μ m自立氮化硅膜。
[0018]然后，使用适合方法，例如，聚焦离子束铣，通过氮化硅膜浸蚀约lOOnm-约200nm直径的圆形孔。孔的大小可以为数纳米至数微米，高于此大小，原子级薄材料例如石墨烯可能不足够机械支承。可利用其它更可扩展的方法，例如，利用反应性离子浸蚀的光刻法，而不使用多孔顺序离子铣。优选使具有孔的氮化硅膜净化，例如，在70°C利用RCA浸蚀(即，5:1:1体积比的氢氧化钱、去离子水和30%过氧化氢)经历15分钟，随后氟化钱浸渍，例如，在室温1分钟，最后在70°C 5:1:1体积比的盐酸、去离子水和30%过氧化氢经历15分钟。利用此净化步骤，可在支承框架结构的部位提供选择的原子级薄膜材料。
[0019]对于很多原子级薄材料，例如石墨烯，可能需要在生长主体上合成材料，然后使材料转移到支承框架结构。在一种实例膜材料转移方法中，在此对于石墨稀，例如在铜箔上合成的石墨烯层通过支承层转移到支承框架。这种支承层可由任何适合材料形成，例如甲基丙烯酸甲酯(MMA)，在乳酸乙酯中6-8%重量，可旋涂于在铜箔上所合成的石墨烯层的表面上，并在150°C硬烘烤约5分钟。然后，通过在表面上浮置箔，例如，在氯化铁浴中，可完全浸蚀掉铜箔，留下具有下面MMA支承层的石墨烯区域。然后，优选在一系列清洗中清洗石墨烯区域，浮置的石墨烯侧面向液体，例如，在1摩尔浓度盐酸浴中二次清洗，在去离子水中三次清洗。在最后清洗中，使石墨烯浮置在空气-水界面上。然后，使用支承框架结构晶片，包括例如9个或更多个支承框架模具，铲起氮化硅层表面顶上的石墨烯区域，以覆盖模具上的最大面积。石墨烯区域和氮化硅表面之间存在的任何水可用氮枪排出。然后，优选利用整个结构的烘烤，例如95°烘烤，以保证去除所有水，并使石墨烯通过范德华力充分结合到氮化硅层的顶部表面上。最后，通过用丙酮清洗结构去除MMA支承层，例如，在约50°C温度经历约30分钟。然后在乙醇中清洗整个结构，并用临界点干燥器干燥。可利用制备石墨烯膜的其它方法，对于其它原子级薄材料，可能需要其它装配规程。不需要特殊膜材料制备，但优选在固定装置中在支承框架结构上提供膜材料。
[0020]利用这种支承结构完成，可以任何适合方式实施包括原子级薄膜的流体环境。适合的流体池30的一个实例实施示意显示于图3中。流体池包括两个半池，分别由适合的惰性材料形成，例如聚醚醚酮(PEEK)，从而形成两个微升体积储器32，34。各储器包括适合的流体入口 36和流体出口 38、用于物类引入储器的注入口 40和用于在储器之间施加电压的可在电路中连接的电极22，24。例如，可通过塑料配件将氯化银电极拧入电极口。在半池之间布置适合材料的塑料衬垫42，44，例如，模制聚二甲基硅氧烷(PDMS)，并且在衬垫之间具有包括原子级薄膜12的支承结构。衬垫42，44可任选包括一个或多个孔46，各自具有例如约10 μπι-约100 μπι的直径。提供衬垫孔46是为了减小储器液体与膜12接触的面积，同时提供足够液体接触，以减小装置电容。在装配中，使两个半池结合在一起，以在衬垫之间包围膜及其支承结构，并使两个半池相对于膜固定在适当位置。
[0021 ] 各半池储器中的液体优选高度导电。对于很多应用，包括适合浓度电解质的电解质溶液，例如，1Μ-3Μ—般电解质，如KC1或NaCl，非常适用于纳米孔产生过程。可使用任何适用的导电溶液。溶液可包括多个物类，例如分子，如用于所选纳米孔应用的聚合物分子，例如DNA测序或分子分析，以便在纳米孔产生时，可在预期应用中立即操作纳米孔。
[0022]已发现，在导电溶液中布置膜时，对于很多膜材料，膜材料表面的特性可阻止膜表面完全湿润。在本文中提供一种湿润技术，用于保证膜的两个表面在溶液(例如，电解质溶液)中充分湿润。在该湿润技术中，用一系列湿润步骤处理其中需要表面湿润的局部环境，例如，流体环境容器，例如流动池布置，如图3的布置，所述湿润步骤使得能够在表面处于流体环境中适当位置的情况下基本上完全湿润该表面。
[0023]在第一湿润步骤中，局部湿润环境，例如，流动池，用所选清洗气体(例如，高纯度二氧化碳气体)以足够压力经历从湿润环境(例如，流动池)清洗出基本上所有空气的清洗时间进行清洗。至少数秒最多约5秒的气体清洗时间可适用于大多数结构。在池用所选清洗气体清洗后，使流动池和气体管线浸入去离子的脱气水中，以防止任何空气回流入池。然后，在第二湿润步骤，在浸入去离子水的同时，将选择的湿润溶液引入流动池。选择湿润溶液与所选的清洗气体串联，以便在引入流动池后与清洗气体接触时，湿润溶液与清洗气体自发反应，以消耗清洗气体，或者清洗气体基本上完全溶于湿润溶液。
[0024]例如，假定二氧化碳清洗气体，可利用包含氢氧化钾(Κ0Η)的湿润水溶液。湿润溶液中的Κ0Η与C02清洗气体在反应中自发反应:2K0H C0 2— K 2C03 H20。包含碳酸根(C032 )离子的K2C03反应产物高度溶于水，并立即溶于Κ0Η溶液。在此反应引发后，保留在系统中的任何残余二氧化碳气泡，特别在膜的表面，由溶液-气体反应消耗，从而膜表面完全湿润。例如，利用10mM KOH溶液在1个大气压和室温，C02气泡的吸收速率为约0.1 μ L/sec -mm2,表明在膜表面保留的小于~1 μ 1的任何C02气泡将通过与K0H在溶液中在lmin内反应溶解，从而快速达到完全湿润膜表面。
[0025]在此膜表面湿润程序中，使湿润溶液逆着清洗气体压力流入流动池，然后，可在适当时间关闭清洗气体流，例如，在引发气体-溶液反应时。在适合的气体-溶液反应时间后完成湿润过程，例如，数分钟，并且可用表面湿润期望的任何所选溶液代替该湿润溶液。不引入空气或清洗气泡，并且膜表面保持完全湿润。不需要处理膜表面以保持湿润条件。
[0026]该湿润方法廉价、很快速和有效并且安全，并且能够使可能被常规亲水处理物理破坏的易碎疏水材料完全湿润，例如石墨烯膜。该湿润程序使得能够以>95%产率湿润石墨烯表面和石墨烯纳米孔。该湿润方法可应用于其中需要表面湿润的任何微米级或纳米级系统。
[0027]该表面湿润方法不限于上述C02清洗气体和Κ0Η水溶液。可利用其中清洗气体与湿润溶液反应生成可溶反应产物或自身溶于湿润溶液的任何清洗气体-湿润溶液对。例如，可随pH碱性的任何湿润溶液(例如，NaOH或ΝΗ40Η)使用C02清洗气体。可类似地连同碱性湿润溶液(例如，KOH、NaOH或ΝΗ40Η)使用Cl2清洗气体，由此可在C1 2和溶液之间反应时使反应产物C10离子溶于溶液。可与用于操作从中去除清洗气体的所选伴随湿润溶液一起利用任何适合清洗气体，包括例如氨气或其它所选气体。
[0028]可利用其它表面湿润技术，不需要特别湿润方法。然而，优选膜表面的两侧完全湿润，并与导电溶液完全接触。无论利用哪种湿润方法，优选确认过程气体和液体与所考虑的膜材料的相容性。
[0029]—旦膜在液体流动池溶液中用选择的导电液体湿润，即引发膜中纳米孔的成核过程。在第一步成核中，测定膜的漏电导。可用任何适合技术测定漏电导。在一种实例技术中，例如，使用信号发生器，可在流动池电极跨膜施加适合幅度的电压坡道，例如在10秒内-150mV至 150mV，例如，利用与膜串联的电流放大器，测量跨膜的电极之间通过系统的产生电流。优选在测定漏电导
[0018]然后，使用适合方法，例如，聚焦离子束铣，通过氮化硅膜浸蚀约lOOnm-约200nm直径的圆形孔。孔的大小可以为数纳米至数微米，高于此大小，原子级薄材料例如石墨烯可能不足够机械支承。可利用其它更可扩展的方法，例如，利用反应性离子浸蚀的光刻法，而不使用多孔顺序离子铣。优选使具有孔的氮化硅膜净化，例如，在70°C利用RCA浸蚀(即，5:1:1体积比的氢氧化钱、去离子水和30%过氧化氢)经历15分钟，随后氟化钱浸渍，例如，在室温1分钟，最后在70°C 5:1:1体积比的盐酸、去离子水和30%过氧化氢经历15分钟。利用此净化步骤，可在支承框架结构的部位提供选择的原子级薄膜材料。
[0019]对于很多原子级薄材料，例如石墨烯，可能需要在生长主体上合成材料，然后使材料转移到支承框架结构。在一种实例膜材料转移方法中，在此对于石墨稀，例如在铜箔上合成的石墨烯层通过支承层转移到支承框架。这种支承层可由任何适合材料形成，例如甲基丙烯酸甲酯(MMA)，在乳酸乙酯中6-8%重量，可旋涂于在铜箔上所合成的石墨烯层的表面上，并在150°C硬烘烤约5分钟。然后，通过在表面上浮置箔，例如，在氯化铁浴中，可完全浸蚀掉铜箔，留下具有下面MMA支承层的石墨烯区域。然后，优选在一系列清洗中清洗石墨烯区域，浮置的石墨烯侧面向液体，例如，在1摩尔浓度盐酸浴中二次清洗，在去离子水中三次清洗。在最后清洗中，使石墨烯浮置在空气-水界面上。然后，使用支承框架结构晶片，包括例如9个或更多个支承框架模具，铲起氮化硅层表面顶上的石墨烯区域，以覆盖模具上的最大面积。石墨烯区域和氮化硅表面之间存在的任何水可用氮枪排出。然后，优选利用整个结构的烘烤，例如95°烘烤，以保证去除所有水，并使石墨烯通过范德华力充分结合到氮化硅层的顶部表面上。最后，通过用丙酮清洗结构去除MMA支承层，例如，在约50°C温度经历约30分钟。然后在乙醇中清洗整个结构，并用临界点干燥器干燥。可利用制备石墨烯膜的其它方法，对于其它原子级薄材料，可能需要其它装配规程。不需要特殊膜材料制备，但优选在固定装置中在支承框架结构上提供膜材料。
[0020]利用这种支承结构完成，可以任何适合方式实施包括原子级薄膜的流体环境。适合的流体池30的一个实例实施示意显示于图3中。流体池包括两个半池，分别由适合的惰性材料形成，例如聚醚醚酮(PEEK)，从而形成两个微升体积储器32，34。各储器包括适合的流体入口 36和流体出口 38、用于物类引入储器的注入口 40和用于在储器之间施加电压的可在电路中连接的电极22，24。例如，可通过塑料配件将氯化银电极拧入电极口。在半池之间布置适合材料的塑料衬垫42，44，例如，模制聚二甲基硅氧烷(PDMS)，并且在衬垫之间具有包括原子级薄膜12的支承结构。衬垫42，44可任选包括一个或多个孔46，各自具有例如约10 μπι-约100 μπι的直径。提供衬垫孔46是为了减小储器液体与膜12接触的面积，同时提供足够液体接触，以减小装置电容。在装配中，使两个半池结合在一起，以在衬垫之间包围膜及其支承结构，并使两个半池相对于膜固定在适当位置。
[0021 ] 各半池储器中的液体优选高度导电。对于很多应用，包括适合浓度电解质的电解质溶液，例如，1Μ-3Μ—般电解质，如KC1或NaCl，非常适用于纳米孔产生过程。可使用任何适用的导电溶液。溶液可包括多个物类，例如分子，如用于所选纳米孔应用的聚合物分子，例如DNA测序或分子分析，以便在纳米孔产生时，可在预期应用中立即操作纳米孔。
[0022]已发现，在导电溶液中布置膜时，对于很多膜材料，膜材料表面的特性可阻止膜表面完全湿润。在本文中提供一种湿润技术，用于保证膜的两个表面在溶液(例如，电解质溶液)中充分湿润。在该湿润技术中，用一系列湿润步骤处理其中需要表面湿润的局部环境，例如，流体环境容器，例如流动池布置，如图3的布置，所述湿润步骤使得能够在表面处于流体环境中适当位置的情况下基本上完全湿润该表面。
[0023]在第一湿润步骤中，局部湿润环境，例如，流动池，用所选清洗气体(例如，高纯度二氧化碳气体)以足够压力经历从湿润环境(例如，流动池)清洗出基本上所有空气的清洗时间进行清洗。至少数秒最多约5秒的气体清洗时间可适用于大多数结构。在池用所选清洗气体清洗后，使流动池和气体管线浸入去离子的脱气水中，以防止任何空气回流入池。然后，在第二湿润步骤，在浸入去离子水的同时，将选择的湿润溶液引入流动池。选择湿润溶液与所选的清洗气体串联，以便在引入流动池后与清洗气体接触时，湿润溶液与清洗气体自发反应，以消耗清洗气体，或者清洗气体基本上完全溶于湿润溶液。
[0024]例如，假定二氧化碳清洗气体，可利用包含氢氧化钾(Κ0Η)的湿润水溶液。湿润溶液中的Κ0Η与C02清洗气体在反应中自发反应:2K0H C0 2— K 2C03 H20。包含碳酸根(C032 )离子的K2C03反应产物高度溶于水，并立即溶于Κ0Η溶液。在此反应引发后，保留在系统中的任何残余二氧化碳气泡，特别在膜的表面，由溶液-气体反应消耗，从而膜表面完全湿润。例如，利用10mM KOH溶液在1个大气压和室温，C02气泡的吸收速率为约0.1 μ L/sec -mm2,表明在膜表面保留的小于~1 μ 1的任何C02气泡将通过与K0H在溶液中在lmin内反应溶解，从而快速达到完全湿润膜表面。
[0025]在此膜表面湿润程序中，使湿润溶液逆着清洗气体压力流入流动池，然后，可在适当时间关闭清洗气体流，例如，在引发气体-溶液反应时。在适合的气体-溶液反应时间后完成湿润过程，例如，数分钟，并且可用表面湿润期望的任何所选溶液代替该湿润溶液。不引入空气或清洗气泡，并且膜表面保持完全湿润。不需要处理膜表面以保持湿润条件。
[0026]该湿润方法廉价、很快速和有效并且安全，并且能够使可能被常规亲水处理物理破坏的易碎疏水材料完全湿润，例如石墨烯膜。该湿润程序使得能够以>95%产率湿润石墨烯表面和石墨烯纳米孔。该湿润方法可应用于其中需要表面湿润的任何微米级或纳米级系统。
[0027]该表面湿润方法不限于上述C02清洗气体和Κ0Η水溶液。可利用其中清洗气体与湿润溶液反应生成可溶反应产物或自身溶于湿润溶液的任何清洗气体-湿润溶液对。例如，可随pH碱性的任何湿润溶液(例如，NaOH或ΝΗ40Η)使用C02清洗气体。可类似地连同碱性湿润溶液(例如，KOH、NaOH或ΝΗ40Η)使用Cl2清洗气体，由此可在C1 2和溶液之间反应时使反应产物C10离子溶于溶液。可与用于操作从中去除清洗气体的所选伴随湿润溶液一起利用任何适合清洗气体，包括例如氨气或其它所选气体。
[0028]可利用其它表面湿润技术，不需要特别湿润方法。然而，优选膜表面的两侧完全湿润，并与导电溶液完全接触。无论利用哪种湿润方法，优选确认过程气体和液体与所考虑的膜材料的相容性。
[0029]—旦膜在液体流动池溶液中用选择的导电液体湿润，即引发膜中纳米孔的成核过程。在第一步成核中，测定膜的漏电导。可用任何适合技术测定漏电导。在一种实例技术中，例如，使用信号发生器，可在流动池电极跨膜施加适合幅度的电压坡道，例如在10秒内-150mV至 150mV，例如，利用与膜串联的电流放大器，测量跨膜的电极之间通过系统的产生电流。优选在测定漏电导
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