面向高灵敏度生化传感器圆片级大面积多维有序纳米结构制造基础研究

本项目面向低维周期性有序纳米结构在高灵敏度生化传感器领域应用，针对目前有序纳米点、线阵列和纳米薄膜等不同敏感特性的纳米结构的低成本、大面积、批量化可控制造等技术瓶颈和挑战，以金为示例材料，采用气态凝聚合成工艺为纳米材料的合成手段，利用合成过程中自身所带静电荷的自建电场为纳米结构制备的力学理论基础。建立多维纳米结构的自组装制备动态理论模型，开发出一系列低成本高效率的低维金纳米结构自组装工艺，重点解决大面积制造过程中的低成本、一致性、可控性及与传统微纳加工工艺兼容性等技术难题。探索结构特征尺寸从纳米到微米、零维到三维的多维、大尺度动态范围的纳米结构大面积自组装制造。为实现工程化制造多维有序的低维纳米结构提供理论与关键技术基础。通过调节纳米结构的维数、尺寸、材料特性等参数，实现所制备的金纳米自组装结构的光、电特性及其生化敏感特性的优化，并为后续研究中的高性能芯片设计和系统集成提供支撑。

面向低维周期性有序纳米结构在高灵敏度生化传感领域应用，针对目前有序纳米点、线阵列和纳米薄膜等不同敏感特性的纳米结构低成本、大面积、批量化可控制造等技术瓶颈和挑战，开发出一系列低成本高效率的低维金纳米结构自组装工艺，重点解决大面积制造过程中的低成本、一致性、可控性及与传统微纳加工工艺兼容性等技术难题，具体工作内容如下： .(1) 开发了一种气态凝聚合成纳米颗粒工艺方法：采用直流磁控溅射（PVD）技术结合气态凝聚合成方法，在超高真空环境下进行Au、Ag等贵金属纳米颗粒的合成工艺技术，解决了合成纳米颗粒的粒径、密度、形状以及均匀性等关键参数的调节和控制。.(2)建立了纳米颗粒静电自组装理论评估模型：结合静电场力学理论、有限元以及Monte Carlo数值仿真分析方法，对纳米颗粒在衬底上生长、自组装过程中的运动规律进行了统计仿真计算，并通过实验验证系统进行了模型验证和优化，为制造工艺的设计和评估提供了可靠的理论支持。.(3)提出并实现了三类圆片级低维纳米结构自组装制备工艺：①基于Ostwald Ripening效应的二维纳米颗粒薄膜制备及调控技术，利用外部物理场（包括液态离子、真空环境下Plasma离子）对纳米银结构的粒径、形貌、密度可控的纳米颗粒圆片级均匀可控制备。②基于静电场奇点的纳米结构自组装制备技术，采用标准MEMS工艺制备出了硅基尖状模板，利用奇点结构静电场聚焦特性，引导纳米颗粒自聚集于奇点位置，实现零维、一维纳米结构有序可控制备。③基于带电体对衬底导电区的选择趋性效应的纳米结构制备技术：采用传统的MEMS光刻技术在衬底上制备不同形貌和尺寸导电和非导电结构，利用静电自聚焦效应，带电纳米颗粒自聚焦于导电区域。.(4)实现了低维纳米结构的高灵敏度生化传感探索应用：利用甲基紫和罗丹明B作为探针分子，结合表面拉曼增强效应，以自组装制备的奇点低维纳米阵列结构为基，实现了对生物大分子的准单分子量级检测，体现了项目方案制备圆片级生物传感器结构的技术可行性和可靠性。.在本项目的资助下，发表学术论文20篇，其中SCI收录已见刊10篇（外审5篇），EI收录6篇，出版英文专著1部，申请国家发明专利5项，参加国际/国内学术交流6次.