中文摘要：

芯片实验室即微流控芯片的研究近年来发展迅速。由于其具有微小型化、成本低、高产率、处理速度快等诸多优点，故已经在生命医学、化学有机合成、化学分析、环境监测等多个领域得到了应用。密封微通道作为微流控系统最主要的元件，起着传输流体和连通各个微反应室、输入和输出口以及其它部件的重要作用。理想的密封微通道应该为类似人体血管的圆形管道并且要内表面尽可能地光滑以利于流体的传输。然而去实现这样一种微通道对目前的微制作方法来说是一个巨大的挑战，因为目前所有见诸报道的微制作方法都需要多个步骤才能完成密封微通道的制作，并且所得到的微通道的内表面都相当粗糙。本项目提出发展和建立一种新的微制作方法，即毛细力辅助的静电诱导光刻技术。利用该技术，可以一步制得密封的圆形仿生微管道，并且微管道内表面粗糙度的平均值可以控制在5纳米以下。相信这一技术的发展一定可以极大地提高整个微流控系统的性能。

结论摘要：

本项目针对一种新型的微纳加工方法即静电场辅助的毛细力光刻方法进行了系统研究。该方法将传统的静电场诱导光刻方法和毛细力光刻方法有机地结合起来，可实现平面上中空微纳结构的一步加工，所得中空微结构由流体的流动而形成，因此在内表面具有极高的光滑度。主要完成的工作包括1）理论上，基于多场力耦合模型，采用严格的有限元方法，对中空微纳结构成型中涉及的各种外场力包括静电场力、表面张力以及毛细力等综合考虑，实时计算由于表面形貌的变化而带来的各种外场力的变化以及它们相互之间的耦合作用，因此模拟的结果可以最大程度地逼近实际情况；2）分析了各种加工因素对形成的中空微纳结构的影响情况，发现静电场力、表面张力和毛细力对微结构的形成起主要作用，其中静电场力越大、流体的表面张力越小、毛细力作用越强，中空微结构的形成越容易；3）经过大量的数值分析，找到了该方法的加工极限理论上可达200纳米，也就是利用该方法可得到的中空微管道直径最小可为200纳米。这些仿真分析结果对实验和该方法的具体应用有着极强的指导意义。实验上，首先根据实验要求，搭建了静电场辅助的毛细力光刻装置，该装置采用三点电容传感器，实时控制上下基片的平行度，以保证实验的重复性。其次，加工得到了包括圆形微管道，中空微透镜，微胶囊等各种中空微结构，验证了静电场辅助的毛细力光刻方法在加工中空微结构上的有效性。本项目发展的中空微结构加工方法，具有常规的微纳加工方法无法比拟的优点，在微纳光学以及微流体方面有着极大的潜在用途。