基于天然DNA自组装图案的尺寸可控微影技术

摘要

微加工—因其在半导体工业、微流体设备、生物传感器、组织工程以及药物运输等领域的巨大应用价值而受到广泛关注。传统微加工技术中应用最普遍地是光刻技术，因受到光衍射地限制，在制备尺寸小于100nm的图案时“举步维艰”。为克服此困难，多种微影技术—如电子束光刻、离子束光刻以及蘸笔纳米光刻相继出现，但高成本和低产量依旧束缚着它们地发展。近期，随着低成本和高产出的软光刻技术和纳米压印技术地出现，引起学界瞩目。然而作为这两类新技术中最基本和最关键部分的图案印章，其制备过程在技术上相对复杂，常需PDMS、石英、硅等特殊材料地参与;且印章一旦被制备出来，表面图案的特征尺寸也同时被固定下来而无法改变。
　　针对以上不足，本文概念性地提出了一种简便又可靠的策略即基于天然DNA自组装图案制备尺寸可控的PAM印章。
　　通过位于特定几何空间的天然DNA溶液蒸发自组装，在PMMA表面形成了高度规整的DNA平行列阵图案。光学显微镜观测表明在宏观尺度下图案呈均匀分布;AFM结果证明单根DNA纳米束呈线性排列，高度和宽度分别为90.5±30.8nm和878.8±22.29nm。
　　基于表面粗糙度的分析结果，选择UPR作为转移材料制备DNA图案阴模，利用PAM复制阴模图案，通过可控蒸发和膨胀过程，完成尺寸可控PAM印章地制备。经SEM和AFM观察发现:PAM印章的图案尺寸与母版DNA图案相比，可实现0.25％至200％范围内的自定义调控;在印章充分缩小后特征尺寸的高和宽分别减小至35.2±4.11nm和363.3±17.66nm。
　　本文还做了如下与DNA相关的辅助工作:基于分子设计，讨论了DNA双螺旋结构参与调控PHPMA形貌的机理。FTIR及1H-NMR结果表明成功合成了AUTEAB;通过制备DNA/AUTEAB复合体，成功将DNA引入HPMA聚合体系，利用自由基溶液聚合获得绒球形PHPMA，酸洗后绒球变为多面体，伴随绒线结构消失。SEM观察显示:绒球的平均粒径0.79μm，绒线宽度17.53nm，而多面体粒径缩小为0.65μm。基于理论计算和UV光谱结果建立绒线结构的空间模型，得到的模拟值与实际吻合，在确认绒线结构为DNA复合体的同时证明了模型的有效性。
　　本文提出得新颖策略即尺寸可控微影技术，为解决大型集成电路上图案化元件地可控与匹配组装和实现图案可伸缩性纳米微影技术提供了一个新的思路，极有希望在纳米科技未来地发展中做出贡献。

目录

声明

摘要

缩写、符号清单、术语表

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 纳米“建筑材料”DNA

1．2．1 DNA分子

1．2．2 DNA自组装图案的分类

1．2．3 DNA自组装图案的应用

1．3 微影技术的分类

1．3．1 光刻技术

1．3．2 电子束光刻技术

1．3．3 软光刻技术和纳米压印技术

1．3．4 蘸笔纳米光刻技术

1．4 微影技术的应用

1．4．1 电子工业和微机系统

1．4．2 医学和生物技术

1．4．3 光学和光电子学

1．5 课题研究目的、内容及意义

1．5．1 课题研究目的及意义

1．5．2 课题研究内容

第二章 天然DNA自组装图案地制备及其形貌研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料与试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验方法

2．2．4 分析与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 DNA平行列阵图案的形成机理分析

2．3．2 DNA平行列阵图案的表面形貌分析

2．3．3 本章小结

第三章 基于天然DNA自组装图案的尺寸可控微影技术

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料与试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验方法

3．2．4 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同材料的表面粗糙度分析

3．3．2 尺寸收缩PAM印章地制备及其表面形貌分析

3．3．3 尺寸放大PAM印章地制备及其表面形貌分析

3．3．4 PAM印章尺寸的可控改变研究

3．3．5 本章小结

第四章 DNA双螺旋结构参与调控PHPMA形貌的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料与试剂

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验方法

4．2．4 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 AUTEAB的合成

4．3．2 绒球形PHPMA

4．3．3 多面体形PHPMA

4．3．4 绒球表面形貌分析

4．3．5 本章小结

结论与展望

参考文献

研究成果

致谢