電子束光刻精度極高，通常是二維微納加工獲得最小尺寸的標(biāo)準(zhǔn)工具，如何把電子束光刻的能力拓展到真三維微納加工是研究的努力方向。相較于傳統(tǒng)電子束光刻用高電壓(幾十kV)和薄膠(幾十納米)以保證光刻的準(zhǔn)直度和分辨率，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所研究員陶虎團(tuán)隊(duì)反其道而行，從低電壓(幾kV)和厚膠(幾微米)入手，與上海交通大學(xué)教授夏小霞、錢志剛合作，創(chuàng)新開發(fā)出基因重組蜘蛛絲蛋白光刻膠，優(yōu)化重組蜘蛛絲基因片段和分子量，結(jié)合基于百萬級數(shù)量電子的大規(guī)模仿真模擬，實(shí)時控制加速電壓調(diào)控電子在絲蛋白光刻膠里的穿透深度、停留位置和能量吸收峰，實(shí)現(xiàn)了分子級別精度的真三維納米功能器件直寫。該技術(shù)加工精度可達(dá)14 nm，接近天然絲蛋白單分子尺寸(~10 nm)，較之前技術(shù)提升了1個數(shù)量級。蜘蛛絲蛋白優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度為復(fù)雜三維納米結(jié)構(gòu)提供了關(guān)鍵支持，良好的生物相容性允許進(jìn)一步通過功能化，實(shí)現(xiàn)可載藥、可驅(qū)動、可降解的4D納米功能器件(時空可變形)，在智能仿生感知、藥物遞送納米機(jī)器人、類器官芯片等研究領(lǐng)域具有明確的應(yīng)用前景。
8月26日，相關(guān)研究成果以3D electron-beam writing at sub-15 nm resolution using spider silk as a resist為題，發(fā)表在Nature Communications上。該工作的第一通訊單位是上海微系統(tǒng)所。研究工作得到科技創(chuàng)新2030-重大項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金、中科院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計(jì)劃“從0到1”原始創(chuàng)新項(xiàng)目、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人計(jì)劃等的支持。
至此，陶虎團(tuán)隊(duì)已基本完成絲蛋白全套二維和三維微納加工體系的建立，包括2D&3D電子束光刻、2D&2.5D離子束光刻、2D紫外光刻、2D近場光刻、2D&3D軟光刻、2D&3D納米壓印、2D&3D自組裝、2D噴墨打印，涵蓋納米、微米到毫米以及晶圓級尺度，實(shí)現(xiàn)了絲蛋白從傳統(tǒng)紡織材料到醫(yī)用材料再到集成電路和傳感器材料的轉(zhuǎn)身。
