纳米压印技术制作微纳流体芯片及其应用

摘要

微流控技术是在微米级的通道结构中操控纳升至皮升体积流体的技术，是近十年来迅速崛起的一个崭新的领域。不同于宏观体系，流体在微流控芯片的微米级通道中，由于尺度的效应会导致许多新的现象，在生物检测和分析化学等领域有着重要的意义。
　　随着微流控芯片在生物、化学等领域的迅速发展和纳米加工工艺的进步，纳流控芯片也越来越引起人们的关注。纳流控的基础和应用研究是以纳流控芯片的制造为基础，随着纳流控芯片通道尺寸的不断降低，对其制作技术提出了更高的要求，需要更先进的加工工艺来制造出更小尺寸的纳沟道，并需要研究新的工艺解决沟道在键合过程中的塌陷等问题。在纳流控芯片中，随着通道尺寸的降低，纳米通道具有一些特殊的性质如粘度的增加、电渗流降低等，这些特殊的性质对其在生化方面的应用将起到重要作用。
　　微纳米结构的制作需要先进的图形转移技术--光刻技术。传统光刻在制作纳米级图形时面临日益严重的挑战，在目前出现的多种先进的光刻技术如X射线光刻、电子束光刻等技术则代价昂贵，难以实现产业化，而纳米压印光刻技术作为下一代光刻技术中的热门研究方法之一，由于其特有的优点，很好的解决了这一矛盾。目前，纳米压印在存储器、微/纳沟道和微/纳光学等方面都取得了广泛的应用。
　　在本文中，我们将纳米压印技术应用于制造聚合物的纳流体沟道，通过优化键合的工艺参数，成功地制造出SU-8紫外固化胶的纳沟道，最小尺寸达到100nm量级且沟道的外形轮廓良好。此外我们还结合纳米压印技术与牺牲层法，成功地用锆钛酸铅(Pb(Zrx，Ti1-x)O3，简称PZT)铁电材料制造出纳沟道，最小尺寸达到50nm。我们还将纳米压印的SU-8胶相位光栅集成到SU-8胶的微流通道底部，成功地制造出可以检测液体折射率的微流控器件，最终的测量结果与相位光栅的理论模拟吻合。我们还研究了目前微流控芯片制备中使用最广泛的聚合物材料：聚二甲基硅氧烷(PDMS)的制作、表面改性及其键合方法，研究了微流体的层流现象并制造出了微混合器应用于液体的快速混合中。