微纳流控系统跨尺度兼容一体化集成制造基础研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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微纳流控系统跨尺度兼容一体化集成制造基础研究

项目名称：微纳流控系统跨尺度兼容一体化集成制造基础研究
项目类别：重大研究计划
批准号：91023046
申请代码：E0512
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2011-01-01-2014-12-31

项目负责人：李昕欣
负责人职称：研究员
依托单位：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
批准年度：2010

中文摘要：

面向生化、医疗、能源、环境等微纳流控系统的集成制造，针对微纳流体多场调控下对结构和功能的要求，探索功能化纳米结构对流体特性、生化分子作用和界面自由能的影响机理，研究有机无机杂化介孔长管道的高度有序生长和具有图形选择性的构筑，探索高通量、高比表面纳流控系统的批量制造方法，为单分子分离、富集、测序、免疫检测等提供新方法。研究具有区域选择性的多重分子自组装技术，实现对微纳流体通道亲/疏水修饰、特异性功能化等固体/流体界面处理和微纳流体操控。实现对流体系统不同区域进行不同功能性相容集成制造；研究微纳流体系统集成中纳米功能化的在线表征技术；形成跨微纳尺度"自上而下"与"自下而上"兼容一体化流体系统集成的大片级批量制造方法与基础技术；形成典型微纳流控芯片的原理样机，为微纳流控系统向更快速痕量分析和产品化提供基础科技支撑。

中文主题词：跨微纳尺度制造；微纳流控系统；选择性自组装；介孔管道生长；大片级批量制造

英文摘要：

micro/nano combined fabrication；micro/nano combined fluidic chips；regioselective self assembly；mesoporous nanochannels grown；wafer-level batch fabrication

英文主题词： micro/nano combined fabrication；micro/nano combined fluidic chips；regioselective self assembly；mesoporous nanochannels grown；wafer-level batch fabrication

结论摘要：

项目进展顺利，一直按照计划进行，其间没有对原有计划的调整。目前已经全面完成了任务书规定的各项研究内容，达到了各项技术指标，并在科研成果的基础上研制出了典型的微纳流控芯片的2种原理样机。在论文发表、专利申请以及人才培养方面，均超额完成了任务。其中累计发表四大检索（即SCI、EI、ISTP、ISR）收录论文98篇（都标注了本项目批准号），68篇为SCI论文（影响因子大于5的论文有16篇），超过任务书中要求 “发表高水平SCI 论文10 篇以上”的指标；申请了24项中国发明专利，超过任务书中要求“申请发明专利5-8 项”的指标；出版了1部学术专著（任务书中没有提及）；培养了6名博士和10名硕士研究生，超过任务书中要求“培养博士研究生3 名以上” 的指标。因此，项目已全面完成了研究计划，研究工作取得突出进展。项目研究取得如下重要进展（1）对圆片级硅片基底，多次使用微区域选择性分子自组装技术，在微流道的液体混合区中周期性地构建多重（至少2种）分子自组装膜条纹，形成了具有表面智能导流功能的微流控集成芯片的批量制造技术。（2）开展了表面智能导流微流控集成芯片的应用研究。该芯片实现了油/水两相液体的超快混合，该器件还实现了从油到水（oil-to-water）高效萃取，萃取回收率达93%。（3）实现了在微米流道中集成多重纳米管道的微纳跨尺度芯片制造方法，纳米管道的尺寸在2~20纳米之间可调，长度达到厘米级。使用该芯片为核心设计了一种新型的固相微萃取器件，成功地对溶有敌敌畏等三种痕量农药的水溶液进行了富集处理，并将其中的痕量农药分子进一步地萃取到了与水互溶的乙醇中，且萃取回收率到达80%。（4）实现了SU-8纳流控芯片的微纳跨尺度集成制造，将热压和紫外曝光相结合，采用热压法压印纳米沟道，同时采用反向紫外曝光的方法制造出微米沟道，并且纳米沟道和微米沟道均没有出现堵塞和渗漏的问题。（5）针对敏感材料的多样性，系统形成了在微悬臂梁的指定区域直接构造纳米生化敏感材料的制造方法，包括①采用溶剂诱导挥发法（EISA）生长了胺基功能化介孔薄膜敏感材料；②采用层-层（layer-by-layer）自组装的方法生长了超枝化聚合物敏感材料；③使用溶剂挥发法原位形成了多孔石墨烯敏感材料；④采用一步法，使用异氰酸酯偶联剂批量生长了超枝化聚合物敏感材料。应用该类技术，形成了生化传感器的小批量制造能力。

成果综合统计