小型臺式無掩膜直寫光刻系統助力生物微流控和醫學檢測領域器件制備

瀏覽次數：1040　發布日期：2023-5-29　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

隨著國內各學科的發展和產業的升級，相關的科研院所和企事業單位對各種微納器件光刻加工的需求日益增多。然而，這些微納器件光刻需求很難被傳統的掩模光刻設備所滿足，主要是因為擁有這類的光刻需求的用戶不僅需要制備出當前的樣品，還需要對光刻結構進行夠迅速迭代和優化。

為了滿足微納器件對光刻的需求，Quantum Design中國推出了小型臺式無掩膜直寫光刻系統MicroWriter ML3作為微納器件光刻的解決方案。與傳統的掩模光刻相比，MicroWriter ML3根據用戶計算機中設計的圖形在光刻膠上制備出相應的結構，節省了制備光刻板所需要的時間和經費，可以實現用戶對光刻結構快速迭代的需求。此外，MicroWriter ML3 可用于各類正性和負性光刻膠的曝光，最高光刻精度可達0.4 μm，套刻精度±0.5 μm，最高曝光速度可達180mm²/min。目前，MicroWriter ML3在國內的擁有量超過150臺，被用于各類微納器件的光刻加工。

生物微流控領域器件制備

釀酒酵母菌是一種具有高工業附加值的菌種，其在真核和人類細胞研究等領域也有著非常重要的作用。釀酒酵母菌由于自身所在的細胞周期不同，遺傳特性不同或是所處的環境不同可展現出球形單體，有芽雙體或形成團簇等多種形貌。因此獲得具有高純度單一形貌的釀酒酵母菌無論是對生物學基礎性研究還是對應用領域均有著非常重要的意義。

澳大利亞麥考瑞大學Ming Li課題組利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統MicroWriter ML3制備了一系列矩形微流控通道[^1]。在制備的微流控通道中，通過粘彈性流體和牛頓流體的共同作用對不同形貌的釀酒酵母菌進行了有效的分類和收集。借助MicroWirter ML3中所采用的無掩模技術，課題組可以輕易實現對微流控傳輸通道長度的調節，優化出對不同形貌酵母菌進行分類的最佳參數。相關工作結果在SCI期刊《Analytical Chemistry》（IF=8.08）上發表。

圖1.在MicroWriter ML3制備的微流控通道中利用粘彈性流體對不同形貌的釀酒酵母菌進行微流控連續篩選。

圖2.在MicroWriter ML3制備的微流控流道中對不同形貌的釀酒酵母菌的分類和收集效果。

（a）為收集不同形貌釀酒酵母菌所設計的七個出口。

（b）不同形貌酵母菌在通過MicroWriter ML3制備的流道后與入口處的對比。

（c）MicroWriter ML3制備的微流控連續篩選器件對不同形貌的酵母菌的篩選效果。從不同出口處的收集結果可以看出，單體主要在O1出口，形成團簇的菌主要O4出口。

（d）MicroWriter ML3制備的微流控器件對不同形貌的釀酒酵母菌的分類結果，單體（藍色），有芽雙體（黃色）和形成團簇（紫色）。

（e）和（f）不同出口對不同形貌的釀酒酵母菌的分離和收集結果的柱狀圖。誤差棒代表著三次實驗的誤差結果。

醫學檢測領域器件制備

在新冠疫情大流行的背景下，從大量人群中快速篩查出受感染個體對于流行病學研究有著十分重要的意義。目前，新冠病毒診斷采用的普遍標準主要是基于分析逆轉錄聚合酶鏈反應，可是在檢測中核酸提取和擴增程序耗時較長，很難滿足對廣泛人群進行篩查的要求。

復旦大學魏大程教授課題組利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統MicroWriter ML3制備出基于石墨烯場效應晶體管（g-FET）的生物傳感器^[2]。該傳感器上擁有Y形DNA雙探針（Y-雙探針），可用于新冠病毒的核酸檢測分析。該傳感器中的雙探針設計，可以同時靶向SARS-CoV-2核酸的ORF1ab和N基因，從而實現更高的識別率和更低的檢出極限（0.03份μL⁻¹)。這一檢出極限比現有的核酸分析低1-2個數量級。該傳感器最快的核酸檢測速度約為1分鐘，并實現了直接的五合一混合測試。由于快速、超靈敏、易于操作的特點以及混合檢測的能力，這一傳感器在大規模范圍內篩查新冠病毒和其他流行病感染者方面具有巨大的前景。該工作發表在《Journal of the American Chemical Society》（IF=16.383）。