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生物分子點(diǎn)印加工系統(tǒng)

------（蛋白質(zhì)/DNA/抗原/抗體/脂質(zhì)體等）

DPN（Dip Pen Nanolithography）是美國(guó)西北大學(xué)的Mirkin教授小組開(kāi)發(fā)的基于原子力顯微鏡的納米刻蝕技術(shù)，國(guó)內(nèi)又稱作浸蘸筆納米加工刻蝕技術(shù)。通過(guò)對(duì)被轉(zhuǎn)移材料或物質(zhì)的精確控制，可以在襯底表面構(gòu)造出任意的納米結(jié)構(gòu)。隨著與相關(guān)技術(shù)的發(fā)展， DPN逐漸發(fā)展為一種操作簡(jiǎn)單的納米刻蝕技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年的潛心研發(fā)，美國(guó)acst（Advanced Creative Solutions Technology）公司充分挖掘了DPN技術(shù)在納米科技領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景，推出了基于DPN技術(shù)的多功能臺(tái)式微米加工點(diǎn)印儀NLP-2000。

NLP 2000系統(tǒng)是一個(gè)用戶界面友好并且簡(jiǎn)單方便的臺(tái)式納米加工平臺(tái)，可以以亞微米級(jí)別的精確度和分辨率將多種材料點(diǎn)印到基底模板上。整合MEMS和沉積技術(shù)到NLP 2000系統(tǒng)的點(diǎn)印和自動(dòng)化軟件之中，用戶可以在幾十分鐘內(nèi)隨意創(chuàng)造出自定制化的圖案。NLP 2000可以很好地應(yīng)用于微納米芯片的大面積點(diǎn)印沉積。NLP 2000的原理基于Dip Pen Nanolithography(蘸水筆納米刻蝕技術(shù))，是一個(gè)能夠在大的基底表面點(diǎn)印亞微米圖案的系統(tǒng)。由于點(diǎn)印的團(tuán)的大小可以從100 nm到10um以上，NLP 2000給納米加工刻蝕技術(shù)帶來(lái)****的方便。NLP 2000可以提供1-10微米的點(diǎn)印，使它成為納米工程和生物材料的領(lǐng)域的理想工具，例如：

　※　多重蛋白質(zhì)點(diǎn)印

　※　生物芯片功能化

　※　細(xì)胞微米/納米圖案研究

　※　聚合物點(diǎn)印，包括乙二醇和丙烯酸

特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

除了可以點(diǎn)印多種材料的納米/微米圖案之外，NLP 2000的優(yōu)點(diǎn)還有：

　※　快速點(diǎn)印多種成分的團(tuán)，分辨率在1-10微米

　※　自動(dòng)化，精確，同一平面的點(diǎn)印區(qū)域可達(dá)到40mm ×40mm

　※　微米結(jié)構(gòu)的材料的功能化加工

　※　通過(guò)高倍分辨率的光學(xué)顯微鏡 & 環(huán)境腔進(jìn)行過(guò)程檢測(cè)和控制

　※　用戶友好的軟件

　※　材料點(diǎn)印的標(biāo)準(zhǔn)流程

標(biāo)準(zhǔn)配置

　※　NLP2000 系統(tǒng)主機(jī)，光學(xué)部分，控制器

　※　M-型多探針陣列。儲(chǔ)液池，基底板

　※　快速啟動(dòng)說(shuō)明，用戶操作手冊(cè)，CD

　※　一年保修，配件和人力

　※　環(huán)境控制腔

　※　整合的隔震臺(tái)

　※　延遲的有限質(zhì)保，1年

大區(qū)域、全自動(dòng)、精確的點(diǎn)印

除了一個(gè)大的40mm × 40mm XY平臺(tái)之外，NLP 2000系統(tǒng)包括基本培訓(xùn)之后用戶快速點(diǎn)印大的表面的所需要的所有軟硬件。NLP 2000 配置的3個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)的線性位移臺(tái)（XYZ）和2個(gè)角位臺(tái) Goniometer Stage（Tx和Ty）確保了大區(qū)域精確快速點(diǎn)印的穩(wěn)定性。全自動(dòng)的調(diào)平控制系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)印規(guī)則，以及軟件腳本處理使NLP 2000系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單、自動(dòng)、可控的完成長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)印。

微結(jié)構(gòu)的功能化

通過(guò)使用NLP 2000系統(tǒng)的高分辨率平臺(tái)，亞微米光學(xué)分辨率和樣品點(diǎn)印界面，科學(xué)家可以簡(jiǎn)單方便的功能化傳感器，陣列傳感器，微接觸印刷印章，微流體設(shè)備，或者其他預(yù)裝配的微結(jié)構(gòu)。

可控地點(diǎn)印環(huán)境

為了全面的監(jiān)控和控制點(diǎn)印過(guò)程，NLP 2000 系統(tǒng)配置了高分辨率的光學(xué)顯微鏡和環(huán)境控制腔，以及隔震臺(tái)。整合的環(huán)境控制腔可以是用戶控制和記錄溫度，濕度和其他參數(shù)，用于實(shí)時(shí)或者后續(xù)的分析和校準(zhǔn)。此外，NLP 2000 還可以兼容市場(chǎng)上的主動(dòng)和被動(dòng)的各種防震臺(tái)。

點(diǎn)印的材料和基底：NLP 2000 系統(tǒng)可以點(diǎn)印和成像多種分子材料和液體到不同的基底材料，黏度范圍可以從1-20000 cP。

點(diǎn)印的材料：

※　蛋白質(zhì)、核酸、抗原、脂質(zhì)體、納米顆粒、聚乙二醇、UV-固化的多聚體、熱-固化的多聚體、甘油、硅烷

兼容的基底：

※　硅、二氧化硅、硅烷化表面、氨基活化的玻片、金屬、PDMS、水凝膠、聚苯乙烯、催化劑、硫醇

Top-Down Lithography （自上而下刻蝕）

Top-down DPN技術(shù)是快速進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理想工具，適用于衍射光柵、等離子特征、任意固態(tài)圖案（包括光掩模）。先利用DPN系統(tǒng)將抗刻蝕的材料轉(zhuǎn)移到預(yù)定的基底表面，點(diǎn)印尺寸從50nm到2um，隨后將基底浸入到腐蝕液中去除點(diǎn)印圖案以外的所有區(qū)域的材料，*終點(diǎn)印的材料就突出于表面而形成所需圖案。

Bottom-up Lithography （自下而上刻蝕）

作為一種快速經(jīng)濟(jì)的微印刷技術(shù)，DPN技術(shù)可以將圖案材料點(diǎn)印到平面或者已有的微米/納米結(jié)構(gòu)中，從而廣泛應(yīng)用到bottom-up制備領(lǐng)域，并且可以用于生物芯片功能化、PDMS印章、微流管、膜和納米線。

獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)

※　點(diǎn)印大小：50nm-10um

MEMS專業(yè)制備的“筆”尖非常適合于沉積小分子或者液體材料，并且能夠控制點(diǎn)印的尺寸大小。通過(guò)控制“筆”尖在基底表面的停留時(shí)間和沉積的環(huán)境條件，NLP2000的使用者可以很快很容易地創(chuàng)造出從納米到微米尺寸大小的點(diǎn)。功能強(qiáng)大、使用方便的系統(tǒng)軟件驅(qū)動(dòng)高精確度的掃描移動(dòng)平臺(tái)來(lái)確保在X、Y、Z三維平面上點(diǎn)印的納米分辨率和穩(wěn)定性。

※　使用一種或多種材料靈活快速點(diǎn)印制備圖案

使用NLP2000 ，研究人員可以很快的創(chuàng)造出獨(dú)特的圖案，并且從設(shè)計(jì)圖案到點(diǎn)印材料一共不超過(guò)一個(gè)小時(shí)。首先將小分子或者液體分子等“墨水”材料從墨水池流經(jīng)微流管運(yùn)輸再裝載到“筆”尖陣列上的儲(chǔ)水槽。“筆”尖陣列上的每一個(gè)“筆”尖都可以裝載一種特定的“墨水”材料。一旦“筆”尖裝載好“墨水”， NLP2000就可以同時(shí)將多種不同“墨水”材料點(diǎn)印在預(yù)定的的基底上，且點(diǎn)印的圖案特征是復(fù)雜多樣的，*終創(chuàng)造出用戶自定義的結(jié)構(gòu)。

※　沉積過(guò)程不損傷生物材料

NLP2000沉積蛋白質(zhì)、多肽和核酸的過(guò)程不涉及到壓力、剪切力、高真空或者紫外照射等破壞生物分子結(jié)構(gòu)和功能的極端條件。因此，DPN系統(tǒng)所制備圖案中生物分子可以保持良好的活性。“筆”尖能夠成功地點(diǎn)印粘度從1-20000cP的液體材料，點(diǎn)印的圖案大小和形狀可以各異，并且不會(huì)留下“咖啡漬”的污漬印記，而這個(gè)問(wèn)題通常在其他的點(diǎn)印平臺(tái)都存在。

※　可以選擇”筆“尖的數(shù)目

使用“筆”尖陣列點(diǎn)印材料的時(shí)候，使用單獨(dú)一個(gè)陣列和樣品可以同時(shí)使用多個(gè)“筆”尖一次性沉積出幾十到幾千個(gè)重復(fù)。精致復(fù)雜的DPN系統(tǒng)的掃描操作臺(tái)可以保證整個(gè)“筆”尖陣列的所有“筆”尖都一同接觸到基底，從而創(chuàng)造出高度一致的斑點(diǎn)形態(tài)。

※　精確定位的材料沉積

高精確度的x，y平臺(tái)配合新型的成像系統(tǒng)和先進(jìn)的軟件使得DPN平臺(tái)能夠沉積各種材料到預(yù)定的位置，同時(shí)保證納米和微米的精確度。這種精確度使得DPN系統(tǒng)成為一種理想的微結(jié)構(gòu)功能化加工和制造的工具，可以應(yīng)用到傳感器、微流體和細(xì)胞培養(yǎng)等領(lǐng)域。DPN制備過(guò)程同樣對(duì)構(gòu)造納米線或者石墨烯層微機(jī)構(gòu)上的電極很有應(yīng)用價(jià)值。

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獨(dú)特的的應(yīng)用領(lǐng)域

NLP2000的可以在各種環(huán)境條件下將不同的材料以多種設(shè)計(jì)方案直接沉積到預(yù)定的位置，使得其可以應(yīng)用到*前沿的納米加工制備、納米工程和納米生物等領(lǐng)域。

※　　納米工程

超材料： 開(kāi)口環(huán)形諧振器結(jié)構(gòu)

光柵：大尺度衍射光柵制作

碳納米管：金屬納米顆粒（單個(gè)或一列）沉積在催化的碳納米管的生長(zhǎng)

石墨烯：在石墨烯層上印電極

※　微結(jié)構(gòu)功能化

因?yàn)镹LP2000可以將不同的材料沉積到可控的位置并保證納米級(jí)的精確度（小于10um大小），所以該平臺(tái)是微結(jié)構(gòu)功能化預(yù)加工的理想工具。應(yīng)用的微結(jié)構(gòu)包括生物傳感器/化學(xué)傳感器陣列元件、微柱、微電極和微流體導(dǎo)管內(nèi)部的特定位置。用戶自定義的結(jié)構(gòu)。

※　生物材料

水膠形成亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)非常適合細(xì)胞微成像、組織工程學(xué)和體外細(xì)胞培養(yǎng)的研究。研究者可以利用NLP2000穩(wěn)定可控地在亞細(xì)胞水平點(diǎn)印水膠前體到指定的位置，隨后聚合化這些前體形成三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)的水膠聚合體，這種非常接近天然組織的環(huán)境適合用來(lái)研究組織水平細(xì)胞與外基質(zhì)以及細(xì)胞與水膠上結(jié)合蛋白的相互作用。NLP2000同樣很適合點(diǎn)印DNA、蛋白、脂質(zhì)和其他生物性材料分子以形成相應(yīng)圖案。

※　細(xì)胞生物學(xué)

DPN平臺(tái)的無(wú)損傷生物分子沉積過(guò)程和快速點(diǎn)印成像的能力使得其成為操作和研究活細(xì)胞的理想工具。DPN系統(tǒng)可以方便地制備亞細(xì)胞水平的生物材料并且吸附單細(xì)胞到這些圖案化的基底圖案上，從而研究細(xì)胞行為學(xué)內(nèi)部機(jī)制，包括細(xì)胞極化、細(xì)胞形態(tài)學(xué)、遷移、粘附、分化以及干細(xì)胞系研究。使用DPN沉積水膠，研究者可以監(jiān)測(cè)吸附到外基質(zhì)材料的單一細(xì)胞水平的生物學(xué)效應(yīng)，包括單細(xì)胞之間的相互作用以及單細(xì)胞與外部微環(huán)境的相互作用。

※　多蛋白分析

DPN系統(tǒng)可以在不損傷生物分子的條件下同時(shí)沉積多種蛋白成分（包括抗體）。由于DPN可以點(diǎn)印大小形態(tài)高度一致的抗體分子，因此可以應(yīng)用到納米蛋白陣列，使得蛋白陣列的檢測(cè)靈敏度大大提到，能檢測(cè)到極低含量的蛋白標(biāo)記物，而且每個(gè)分析樣本只需要不到1ul用量，所以DPN是多蛋白表達(dá)譜分析和蛋白質(zhì)組功能學(xué)研究的理想平臺(tái)。

文獻(xiàn)列表：

PDMS Deposition for OpticalDevices by Dip-Pen Nanolithography.Macromolecular.

Materials and Engineering， 2017

Large-Area Patterning of MetalNanostructures by Dip-Pen Nanodisplacement Lithography for Optical Applications.

Small，2017

ChemistryBased Allergen Arrays Generated by Polymer Pen Lithography for Mast CellActivation Studies.

Small， 2016

PDMS Deposition for Optical Devicesby Dip‐Pen Nanolithography.

MacromolecularMaterials and Engineering， 2016

Solar cell efficiencyimprovement using dip-pen nanolithography.

Journalof Photonics for Energy， 2017

Patterning of Quantum Dots byDip-Pen and Polymer Pen Nanolithography. Nanofabrication，2015

Surface Modification byCombination of Dip-Pen Nanolithography and Soft Lithography for Reduction ofBacterial Adhesion.

Journal ofNanotechnology， 2018

Patterned Deposition ofNanoparticles Using Dip Pen Nanolithography For Synthesis of Carbon Nanotubes.

Journal of Nanotechnology， 2015

Phospholipid arrays on porouspolymer coatings generated by micro-contact spotting.

Journal of Nanotechnology， 2017

Combinatorial Synthesis ofMacromolecular Arrays by Microchannel Cantilever Spotting (μCS).

Advanced Materials， 2018

"Dip-Pen Nanolithographymethod for Fabrication of Biofunctionalized Magnetic Nanodiscs Applied inMedicine".

Semiconductors， 2018

Design complexity of DPNpatterning with Cr3t and Co2t metallic ions on Au (111) thin film.

ournal of Alloys and Compounds， 2018

Oxygen-implanted inducedformation of oxide layer enhances blood compatibility on titanium forbiomedical applications.

MaterialsScience and Engineering， 2016

"Structural andThermoelectric Properties of Optically Transparent Thin Films Based onSingle-Walled Carbon Nanotubes".

Physics of the Solid State， 2018

"Si/Fe flux ratioinfluence on growth and physical properties of polycrystalline β-FeSi2 thinfilms on Si(100) surface".

Journalof Magnetism and Magnetic Materials， 2016

Double epitaxy of tetragonaland hexagonal phases in the FeSe system.

Journalof Crystal Growth， 2019

"Highly porous monolith/TiO2supported Cu， Cu-Ni， Ru， and Pt catalysts in methanol steam reforming processfor H2 generation".

AppliedCatalysis A， General， 2018