專利名稱:以動(dòng)態(tài)組合模式“蘸筆”納米刻蝕技術(shù)制造納米圖形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米操縱領(lǐng)域，特別涉及利用納米操縱技術(shù)制造納米圖形。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，納米科學(xué)技術(shù)發(fā)展十分迅速，作為納米科學(xué)技術(shù)之一的納米操縱技術(shù)的發(fā)展給我們創(chuàng)造了新的機(jī)遇來(lái)完成原來(lái)技術(shù)所不可能實(shí)現(xiàn)的工作。"蘸筆"納米刻蝕技術(shù)的發(fā)明使我們能夠通過(guò)原子力顯微鏡(AFM)，操縱納米級(jí)原子力顯微鏡針尖，將蘸在針尖上的物質(zhì)沉積到物體表面，制造出納米圖形。但是，利用現(xiàn)有的"蘸筆"納米刻蝕技術(shù)(DPN)已能在不同的物體表面如導(dǎo)體、半導(dǎo)體表面上進(jìn)行，但不能實(shí)現(xiàn)在柔軟的生物大分子上制作納米級(jí)圖形的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種動(dòng)態(tài)組合模式"蘸筆"納米刻蝕方法(CD-DPN)，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)在柔軟的生物分子上制作納米圖形的目標(biāo)。
為了將DPN技術(shù)應(yīng)用到生命科學(xué)領(lǐng)域，在此介紹采用CD-DPN技術(shù)在單個(gè)DNA生物大分子上制造的納米陣列，或者說(shuō)采用CD-DPN技術(shù)對(duì)單個(gè)DNA分子納米水平上的定位修飾。為了強(qiáng)調(diào)CD-DPN分子不但可實(shí)現(xiàn)在柔軟的生物大分子表面制造納米圖形的工作，它同時(shí)也可在其他物體表面制造納米圖形的優(yōu)勢(shì)，我們采用CD-DPN技術(shù)在云母的表面也制備了納米圖形。
采用D-DPN納米操縱技術(shù)制造納米圖形的步驟如下
1.基底表面的處理可分別采用疏水表面和親水表面的基底表面來(lái)制造納米陣
列。新解理的云母表面和干凈的玻璃表面基本為親水表面，如需要可直接用于納米圖形的
制造。如需疏水表面可將云母或玻璃采用5% _1%。的3-氨基丙基硅烷(APTES)水溶液處
理活化，硅片本身疏水性較強(qiáng)，可直接作為疏水表面來(lái)制備納米圖形。無(wú)論基底是疏水的表
面還是親水的表面，處理過(guò)的或未經(jīng)處理的表面，都需達(dá)到原子級(jí)的平整；
2.原子力顯微鏡針尖的修飾將針尖直接浸入到蛋白質(zhì)或DNA或其他感興趣的溶
液中約幾分鐘后，拿起吹干，備用；
3.環(huán)境溫度、濕度的控制溫度可在20-30C間。而濕度需根據(jù)不同的基底表面性質(zhì)與所制造的納米圖形的溶液不同來(lái)調(diào)整，如APTES修飾的云母表面，濕度需達(dá)到70X以上才比較適合制備蛋白質(zhì)納米陣列；而在新解理的云母表面上，用蛋白質(zhì)溶液制備納米圖形，30 %以上的濕度就可以了 。
4.以下過(guò)程就是D-DPN技術(shù)制造納米圖形的步驟
參用修飾后的針尖先在基底表面上掃描成像，選定所需要的區(qū)域；
參仍然用此針尖在選定的區(qū)域上制作納米圖形如納米點(diǎn)、納米線、納米陣列等；
參仍然用此針尖對(duì)所制造的納米圖形進(jìn)行再次掃描成像，檢查所制造的圖形。


圖1為利用本發(fā)明在單個(gè)DNA分子上制造的納米陣列。
圖2為本發(fā)明動(dòng)態(tài)組合模式"蘸筆"納米刻蝕技術(shù)(CD-DPN)步驟示意圖。
圖3為利用本發(fā)明在云母基底表面上制造的納米陣列。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1在柔軟的生物大分子上制造的納米圖形
單個(gè)DNA分子上蛋白質(zhì)納米陣列的制造，可以采用以下步驟
1.將新解理的云母用1 %的APTES溶液處理活化后，放在干燥皿中備用(具體操
作步驟，請(qǐng)參見(jiàn)名稱為"一種用于DNA操縱的云母襯底的制造方法"的發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?br>00116715. 4，申請(qǐng)日20000623);
2.將DNA樣品溶液滴在經(jīng)活化的云母上，利用分子梳技術(shù)將DNA分子拉直并固定。 具體做法是，用TE緩沖液將A DNA稀釋到濃度l-20ng/ul范圍內(nèi)，取出2_5ul上述溶液點(diǎn)在 APTES修飾的云母一端，用干凈的蓋玻片或云母片輕輕與液滴接觸，慢慢地將整個(gè)蓋玻片或 云母沿著APTES云母的表面移動(dòng)。在此過(guò)程中，由于水流彎月面的作用將DNA拉直，ATPES 云母對(duì)DNA的吸附作用，使其固定在基底上。樣品在空氣中或氮?dú)庵懈稍锖?，?zhǔn)備用AFM進(jìn) 行掃描成像和操縱；
3. AFM針尖用蛋白質(zhì)溶液修飾1分鐘后，吹干備用；
4.將修飾好的針尖安裝在AFM上；
5.采用AFM對(duì)拉直的DNA分子進(jìn)行掃描成像，確定好需要制作納米圖形的區(qū)域；
6.在此區(qū)域內(nèi)選定好一根拉直的單個(gè)DNA分子。在單個(gè)DNA分子上制備納米圖形
或著說(shuō)對(duì)單個(gè)DNA分子進(jìn)行納米尺度上的定位修飾，可選擇在基底上只有一個(gè)DNA分子或
多個(gè)DNA分子的區(qū)域，但要鎖定單個(gè)DNA分子上需被修飾的確切位置；
7.利用Af預(yù)的動(dòng)態(tài)組合模式"蘸筆"納米刻蝕技術(shù)(CD-DPN)，將蘸在AFM針尖上
的蛋白質(zhì)溶液沉積在原來(lái)選定位置上_單個(gè)DNA分子上某個(gè)特定點(diǎn)的位置上用于制造納米圖形。
CD-DPN技術(shù)的具體操作過(guò)程如下步驟1 :先用AFM的輕敲模式，獲得所選定區(qū)域 的形貌圖像，再在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)一步確定某一個(gè)具體位置；步驟2 :在此位置上進(jìn)行接觸模式 的掃描，使蘸在AFM針尖上的蛋白質(zhì)溶液逐漸沉積到襯底的表面上，從而實(shí)現(xiàn)納米圖形的 制造；步驟3 ;將接觸模式轉(zhuǎn)換成輕敲模式，再次對(duì)原來(lái)所選定的區(qū)域進(jìn)行成像掃描，獲得 形貌圖像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)制造好的納米圖形的檢查，如圖2所示。從圖2中，可以看出CD-DPN 的特點(diǎn)在于在整個(gè)納米圖形的制作過(guò)程，接觸模式與輕敲模式之間的轉(zhuǎn)換可隨機(jī)的進(jìn)行 而無(wú)須將針尖抬起，退出操作系統(tǒng)。也就是說(shuō)CD-DPN是通過(guò)輕敲模式-接觸模式，或輕敲模 式_接觸模式_輕敲模式間不停的轉(zhuǎn)換，來(lái)實(shí)現(xiàn)納米圖形的制作。當(dāng)在單個(gè)拉直的DNA分 子上制造納米陣列時(shí)，先選定感興趣的單個(gè)DNA分子，再鎖定單個(gè)DNA分子上的特定區(qū)段。 此時(shí)，降低AFM針尖高度使AFM針尖直接與DNA分子接觸，使蘸在針尖上的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到DNA 分子上來(lái)。接觸的時(shí)間根據(jù)不同需要來(lái)定，納米點(diǎn)或線的尺度越大所需接觸的時(shí)間就越長(zhǎng)。 當(dāng)一個(gè)納米點(diǎn)制造好后，立刻將AFM針尖的高度抬高掃描，就可獲得已經(jīng)制備好的納米圖 形的圖像。通過(guò)這樣不斷的鎖定目標(biāo)，降低針尖高度、抬高針尖高度的過(guò)程就可在DNA分子
4上制造納米圖形，甚至實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)DNA分子的定位修飾。
如用熒光標(biāo)記的蛋白質(zhì)溶液作為修飾AFM針尖的溶液，制作好的納米圖形也可采
用熒光顯微鏡檢測(cè)方法來(lái)檢測(cè)，與AFM —起來(lái)相互驗(yàn)證所獲得的結(jié)果。
本實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)果是在NanoScope IIIa， AFM MutiMode系統(tǒng)
(DigitalIntruments/Veeco，Inc. ， Santa Barbara, CA)上完成的。掃描頭為E或J型。AFM
的探針為(MikroMasch公司)NSC 11 (彈性系數(shù)4. 5Nm—0非接觸硅針尖。
本實(shí)驗(yàn)例中使用的AFM針尖為單個(gè)針尖。成像和操縱時(shí)的溫度控制在25t:左右，
濕度在75%左右。
實(shí)施例2在其他物體表面制造的納米圖形
APTES云母上納米陣列的制造，可以采用以下步驟
1.將新解理的云母用1 %的APTES溶液處理活化后，放在干燥皿中備用(具體操 作步驟，請(qǐng)參見(jiàn)名稱為"一種用于DNA操縱的云母襯底的制造方法"的發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?00116715. 4，申請(qǐng)日20000623);
2.將用于制造納米圖形的溶液(此例中為蛋白質(zhì)溶液)修飾AFM針尖幾分鐘后， 吹干備用；
3.將修飾好的針尖安裝在AFM上；
4.采用AFM對(duì)云母表面進(jìn)行掃描成像，確定好需要制作納米圖形的區(qū)域； 5.利用AFM的動(dòng)態(tài)組合模式"蘸筆"納米刻蝕技術(shù)(CD-DPN)將蘸在AFM針尖上的 蛋白質(zhì)溶液沉積在原來(lái)選定的區(qū)域上，形成陣列上的一個(gè)納米點(diǎn)。如需要可及時(shí)再次掃描 成像，檢查已經(jīng)沉積在云母表面上的納米點(diǎn)，也可以不經(jīng)檢查，通過(guò)調(diào)整X軸或Y軸的參數(shù)， 轉(zhuǎn)換到另外一處位置，直接進(jìn)行另外一個(gè)納米點(diǎn)的制作。這樣，不斷的轉(zhuǎn)換X軸或Y軸的參 數(shù)，再進(jìn)行納米點(diǎn)的制作，就可得到所設(shè)計(jì)的納米圖形，本例結(jié)果為2X4的納米陣列。納米 點(diǎn)的大小在30納米以下，點(diǎn)的高度在1. 5納米以下，點(diǎn)與點(diǎn)之間的間距約在150-200納米 間，它可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整；
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示如圖3所示，本實(shí)驗(yàn)例中使用的的AFM針尖為單個(gè)針尖，也可以是 雙針尖或者針尖陣列。
成像和操縱時(shí)的溫度控制在25t:左右，濕度在75%左右。
權(quán)利要求
一種以動(dòng)態(tài)組合模式“蘸筆”納米刻蝕技術(shù)制造納米圖形的方法，采用以下步驟A、對(duì)基底表面進(jìn)行處理，使其達(dá)到原子級(jí)的平整；B、對(duì)原子力顯微鏡針尖進(jìn)行修飾，將針尖直接浸入到蛋白質(zhì)或DNA溶液中約幾分鐘后，拿起吹干，備用；C、對(duì)環(huán)境溫度、濕度進(jìn)行控制；D、制造納米圖形①.用修飾后的針尖先在基底表面上掃描成像，選定所需要的區(qū)域；②.用該針尖在選定的區(qū)域上制造納米圖形；③.仍然用此針尖對(duì)所制造的納米圖形進(jìn)行再次掃描成像，檢查所制造的圖形，其特征在于D步驟中之①的選定操作是先用原子力顯微鏡的輕敲模式，獲得所選定區(qū)域的形貌圖像，再在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)一步確定某一個(gè)具體位置；D步驟中之②的制造操作是在此位置上進(jìn)行接觸模式的掃描，使蘸在原子力顯微鏡針尖上的蛋白質(zhì)或DNA溶液逐漸沉積在接觸模式下所掃描的區(qū)域上，從而實(shí)現(xiàn)納米圖形的制造；D步驟中之③的再次掃描操作是將接觸模式轉(zhuǎn)換成輕敲模式，再次對(duì)原來(lái)所選定的區(qū)域進(jìn)行成像掃描，獲得形貌圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求
l所述的方法，其特征在于A步驟中采用具有疏水表面或親水表面的材料作為基底。
3. 根據(jù)權(quán)利要求
l所述的方法，其特征在于D步驟中之②的制造操作是將蘸在原子力顯微鏡針尖上的蛋白質(zhì)或DNA溶液沉積在原來(lái)選定的區(qū)域上，形成納米圖形上的一個(gè)納米點(diǎn)或一條納米線圖形；再次掃描成像，檢查已經(jīng)沉積在云母表面上的納米點(diǎn)或納米線，或者不經(jīng)檢查，通過(guò)調(diào)整X軸或Y軸的參數(shù)，轉(zhuǎn)換到另外一處位置，直接進(jìn)行另外一個(gè)納米點(diǎn)或另一條線的制作；不斷的轉(zhuǎn)換X軸或Y軸的參數(shù)，進(jìn)行納米點(diǎn)或線的制作，得到所設(shè)計(jì)的納米圖形。
專利摘要
一種以動(dòng)態(tài)組合模式“蘸筆”納米刻蝕技術(shù)制造納米圖形的方法，采用以下步驟A、對(duì)基底表面進(jìn)行處理，使其達(dá)到原子級(jí)的平整；B、對(duì)原子力顯微鏡針尖進(jìn)行修飾，將針尖直接浸入到蛋白質(zhì)或DNA或其他感興趣的溶液中約幾分鐘后，拿起吹干，備用；C、對(duì)環(huán)境溫度、濕度進(jìn)行控制；D、制造納米圖形用修飾后的針尖先在基底表面上掃描成像，選定所需要的區(qū)域；用該針尖在選定的區(qū)域上制造納米圖形；仍然用此針尖對(duì)所制造的納米圖形進(jìn)行再次掃描成像，檢查所制造的圖形。彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的不足，不但可實(shí)現(xiàn)在柔軟的生物大分子表面制造納米圖形的工作，同時(shí)也可在其他物體表面制造納米圖形。
文檔編號(hào)B44C1/22GKCN1654230 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200410016197
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2004年2月10日
發(fā)明者張益 , 李賓, 李民乾, 汪穎, 胡鈞 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (2), 非專利引用 (1),