1绪论
1.1纳流控芯片与纳米沟道
微流控芯片是指在几平方厘米大小的芯片上构建的化学或生物实验室，集成进样、反应、分离、检测等多种单元技术，它具有分析效率高、试剂和样品消耗量少，微型化、集成化、便携化等特点。在生物医学、高通量药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物战剂的侦检等众多领域具有广阔的应用前景。自微流控芯片问世至今已有20余年历史，微流控芯片也得到了快速的发展。近几年，随着纳米科技的发展，人们提出将纳米技术引入微流控芯片构建纳流控芯片构建纳流控芯片。与微流控芯片相比，纳流控芯片有其独特的优点。当芯片结构尺度从微米进入纳米后，尺寸明显变小，特征变化巨大，产生许多特殊的流体现象，吸引着人们展开相关的基础理论研究；而且，纳流控通道的通道大小与某些生物大分子（如DN，蛋白质）的尺寸在同一数量级，适合进行生物大分子的单分子的检测分析、蛋白质的浓缩。纳流控芯片近几年发展迅速，已经应用于多个领域，而纳米沟道作为纳流控芯片的基础，纳米沟道的制作是纳流控芯片的重中之重。纳米沟道的定义是指沟道至少在一维方向上的尺度在纳米范围内，即尺度在几纳米至几百纳米之间。
1.2纳流控芯片的制作材料
纳流控芯片的制作材料主要有硅、玻璃、高分子聚合物。
1.2.1硅材料
硅具有良好化学惰性和热稳定性，硅单晶生产工艺成熟，在半导体和集成电路上得到广泛应用。在微电子学发展的过程中，硅的微细加工技术已趋成熟。在娃片上可使用光科技术高精度地复制二维图形，并可使用制备集成电路的成熟工艺进行加工及批量生产。即使复杂的三维结构，也可以用整体和表面微加工技术进行高精度的复制。因此，它首先被用作微流控分析芯片，同样，也是制作纳流控芯片的首选。硅材料的缺点是易碎、价格贵、不透光、电绝缘性能不够好、且表面化学行为较复杂。这些缺点限制了他在微流控芯片中的广泛应用。然而，由于他良好的光洁度和成熟的加工工艺，可用于加工微泵、微阔等液流驱动和控制元器件。此外，在用热压法、模塑法制作高分子聚合物芯片时常用它制作相应的模具。
1.2.2 玻璃和石英
玻璃和石英有很好的电渗性质和优良的光学性质，且它们的表面性质，例如湿润能力、表面吸附和表面反应性等，都有利于使用不同的化学方法对其进行表面改性。使用光刻和刻蚀技术可以将微通道网络刻在玻璃和石英上，因此玻璃和石英材料已广泛地应用于制作微流控芯片和纳流控芯片。使用玻璃制作纳米沟道的缺点是玻璃纳米沟道的制作工艺复杂、加工成本高，很难得到大的深宽比。
1.2.3高分子聚合物
高分子材料具有品种多、可供选择的余地大、价格低廉、透光性和绝缘性好、成型容易等优点，非常适合于大批量制作一次性微流控芯片，应用前景广阔。微流控芯片中常用电场力驱动液流，用光学、电化学和质谱检测器进行分析。不同的高分子材料物理化学性质不同。因此要根据芯片的加工工艺、应用对象和检测方法等因素及高分子聚合物的光电、机械和化学性质，选择适用的聚合物材料，并要特别注意以下几点。
2硅纳米模具的制作工艺研究
2.1硅模具制作工艺流程
掩模质量优劣直接决定光刻质量的好坏，所以要得到精细的图形尺寸就必须要有好的光刻掩模版，制备有特定图形光刻掩模的工艺过程即为掩模制作。掩模的基本功能是当基片受到光束的照射时，在非图形区和图形区产生不同光吸收和透过能力。光刻掩模在光刻中的作用，是通过曝光成像的原理，将光刻掩模上的图形转移到基片表面的光胶层上。对掩模有如下要求：
1) 掩模的图形区和非图形区对光线的吸收或透射的反差要尽量大；
2) 掩模的缺陷，如针孔、断条、桥连、脏点和线条的凹凸等要尽量少；
3) 掩模的图形精度要高。
常规的掩模制作采用照相制版法进行，单用照相制版法制得的母版制作困难、价格贵、周期长，所以人们通常不直接使用它作为光刻掩模，而是用铬版复印，并用与光刻工艺相似的方法制出光刻掩模，由于铬版颗粒很细，模层薄且均匀，图形边缘过滤区极小，使光刻图形十分光滑、整齐、精度高。同时，络版空气中十分稳定，耐磨性强，粘附性好，所以用铬板制作的掩模在光刻工艺中占有极其重要的地位。另一种方法则是采用计算辅助设计（CAD)绘制图形，再通过专用的接口电路控制图形发生器进行光刻，在掩模材料上得到所需图形，但图形发生器等专用设备价格昂贵，光刻掩模也需要专厂制作，加工成本高、周期长，所以近些年人们通常使用简易设备制造掩模，用标准的CAD计算机图形软件设计图形，并将其转为图形文件，使用高分辨率打印机（1200dpi或更高）将图形打印在透明塑料薄膜上，透明薄膜就可用来作光刻掩模，但这种简易方法只能满足线宽和线距大于20mi的基片图形对掩模的要求。
3 PMMA子模的制作工艺研究.............................. 30-41
3.1 热压成形技术 .............................30-31
3.2 热压装备............................. 31-33
3.2.1 热压成形机结构............................. 31
3.2.2 夹具设计 .............................31-32
3.2.3 热压实验工艺过程 .............................32-33
3.3 PMMA子模的制作............................. 33-39
3.3.1 试验材料 .............................33-34
3.3.2 压力对通道热压成形的影响............................. 34
3.3.3 温度对通道热压成形的影响 .............................34-38
3.3.4 PMMA的复制精度和相对标准偏差 .............................38-39
3.4 本章小结 .............................39-41
4 PET纳米沟道的制作工艺研究............................. 41-52
4.1 实验可行性研究 .............................41
4.2 PET纳米沟道的制作............................. 41-44
4.3 PMMA子模的寿命 .............................44-45
4.4 PDMS的浇注 .............................45-46
4.5 PET二维纳米沟道的制作............................. 46-50
4.6 本章小结 .............................50-52
结论
本文在查阅大量国内外最新研究状况的基础上，对以聚合物模具通过热压法在另一种聚合物上制作纳米沟道的方法进行了研究，主要工作归纳如下：
(1) 通过广泛査阅纳米沟道的相关资料，系统阐述了当前聚合物纳米沟道的制作方法，对热压成型的优缺点以及难点进行了综述；
(2) 基于传统紫外光刻技术制作硅纳米模具，通过对比通过热氧化法和PECVD法制作出的硅纳米沟道，得出利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD)法能节约工艺时间和成本，并利用等离子体增强化学气相沉积淀积二氧化硅的方法成功使硅模具上沟道的宽度从1.68pm减小到81 lnm，降低了纳米模具的制作成本
(3) 对热压过程中热压温度、热压压力和热压时间对图形复制成形的影响进行讨论，得出热压温度对图形成形的影响最大；利用新制作的硅纳米模具母模对PMMA子模进行热压，分析了热压过程中不同热压温度下的PMMA填充情况，并选出合适的热压温度，并计算了热压过程中PMMA纳米模具相对于硅模具的复制精度以及不同PMMA模具尺寸之间的相对标准偏差；
(4) 证明以PMMA为模具热压PET的方法的可行性，并以PMMA子模为模具进行PET的热压，对热压过程中的热压温度进行了选取，并计算了 PET上纳沟道的复制精度和相对标准偏差，并与其他相似研究的结果进行了对比；
(5) 对PMMA模具的使用寿命进行试验，结果表明一块PMMA模具至少可以使用30次，间接延长硅模具的寿命30倍以上，降低了纳米沟道的生产成本；
(6) 利用电子束光刻制得硅纳米模具，对PMMA子模进行热压，再以PMMA子模为模具在PET上制得二维纳米沟道，计算了 PET的复制精度和相对标准偏差。
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