【摘要】：生物兼容、環(huán)境友好、附加值高、應(yīng)用廣泛的生物蛋白材料一直以來都是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要領(lǐng)域之一。近年來,隨著半導(dǎo)體加工技術(shù)的蓬勃發(fā)展,先進(jìn)的微納加工技術(shù)開始應(yīng)用到天然生物蛋白材料上,實(shí)現(xiàn)了具有多種特性和功能的微納器件和系統(tǒng),在生物醫(yī)療相關(guān)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注,已經(jīng)成為一個(gè)廣闊的多學(xué)科交叉型的研究方向。然而,當(dāng)前大部分半導(dǎo)體微納加工技術(shù)都難以與生物蛋白材料兼容,這嚴(yán)重限制了生物微納器件和系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。針對上述挑戰(zhàn),本論文提出一種專門針對生物蛋白材料的環(huán)境友好型生物微納加工工藝-水刻技術(shù)。目前主要研究成果如下:1.結(jié)合絲蛋白的可控溶解特性,將打印機(jī)變成“光刻機(jī)”,實(shí)現(xiàn)了晶圓級大規(guī)模生物蛋白水刻技術(shù)。相比于傳統(tǒng)微納加工技術(shù),該技術(shù)兼具雙重加工模式——“減法”模式和“加法”模式,既可實(shí)現(xiàn)水溶性絲蛋白的圖形化溶解,也可實(shí)現(xiàn)功能性墨水的圖案化沉積。此外,區(qū)別于傳統(tǒng)微納加工技術(shù)的特征在于:利用水刻技術(shù)不僅能完成平面微結(jié)構(gòu)的加工,還可直接在曲面上實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的制備。2.利用水刻技術(shù)的“減法”模式,可直接在蠶絲蛋白基底上加工出微透鏡結(jié)構(gòu)�；诩庸D形的天然形貌特征,并結(jié)合蠶絲蛋白在可見光范圍內(nèi)良好的光學(xué)特性,從而實(shí)現(xiàn)了可用于光學(xué)成像的多焦距微透鏡的大規(guī)模直接制備。此外,由于蠶絲蛋白具有可控的降解速率,因此該蛋白微透鏡陣列在完成指定功能后可被降解,并且降解情況可通過其成像質(zhì)量的變化來反饋。3.利用水刻技術(shù)的“加法”模式,實(shí)現(xiàn)了可定制細(xì)胞圖案化培養(yǎng)。蠶絲蛋白作為生物分子矩陣化平臺(tái)具有維持生物藥物分子活性的優(yōu)勢,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合水刻技術(shù),成功實(shí)現(xiàn)了腦膠質(zhì)瘤與神經(jīng)元細(xì)胞的圖案化培養(yǎng)。從藥物圖案化到細(xì)胞圖案化,整個(gè)過程完全可定制,并且不引入任何有毒害化學(xué)物質(zhì)。4.應(yīng)用水刻技術(shù)的雙重模式,提高了納米摩擦發(fā)電性能。打印墨水經(jīng)多次無序沉積,按需加工蛋白刻蝕結(jié)構(gòu),進(jìn)而定制了摩擦表面的粗糙度以增強(qiáng)摩擦納米發(fā)電機(jī)電信號的輸出。此外,通過摻雜金納米顆粒、碳納米管等方法來制備功能化墨水,刻蝕蛋白基底的同時(shí)還可化學(xué)修飾摩擦表面結(jié)構(gòu),從而優(yōu)化了納米摩擦發(fā)電機(jī)的電學(xué)性能。5.結(jié)合水刻技術(shù)及二氧化鋯(Zr O2)介質(zhì)微球自組裝工藝,實(shí)現(xiàn)了全介質(zhì)與混合超表面的規(guī)�；庸ぁＭㄟ^調(diào)節(jié)水刻打印參數(shù)(如點(diǎn)陣周期、刻蝕深度),在蠶絲蛋白基底上制備了周期性孔陣作為Zr O2微球自組裝的模板�；诘鞍孜⒖字芷诘幕叶茸兓�,我們實(shí)現(xiàn)了全介質(zhì)超表面結(jié)構(gòu)色的制備。進(jìn)一步,在具有金屬超表面的基底上,我們實(shí)現(xiàn)了Zr O2微球在諧振環(huán)開口處的分步自組裝,最后成功制備了規(guī)�；旌铣砻�。本論文研究成果表明,基于蠶絲蛋白的水刻技術(shù),不但實(shí)現(xiàn)了生物蛋白材料的晶圓級規(guī)�；焖偌庸�,而且通過可定制細(xì)胞圖案化培養(yǎng),解決了目前半導(dǎo)體微納加工制造中所存在的生物兼容性差、環(huán)境不友好等一系列問題。該技術(shù)成果涉及生物材料、生物光學(xué)、組織工程、先進(jìn)制造等領(lǐng)域,具有十分廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ93
【圖文】：

圖 1-2 單頻段超材料太赫茲陣列探測器 SEM 圖，作為集成電路芯片技術(shù)在生物領(lǐng)域的延伸與推廣，其展相輔相成，是微納加工技術(shù)應(yīng)用的又一重要領(lǐng)域[15-1可分為兩大類：微點(diǎn)陣芯片與微流體芯片。其中，微流

圖 1-4 微流控芯片實(shí)物圖與細(xì)胞培養(yǎng)單元實(shí)，微納加工的應(yīng)用絕不僅限于上文中所介紹的領(lǐng)域，其在納米電子磁存儲(chǔ)領(lǐng)域、微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域等均扮演著重要的角色。在實(shí)際工藝過種微納器件的制造都不是單一使用某一加工技術(shù)來完成的，而是多種

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本文編號：2730587