專利名稱:以動態(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)造了新的機遇來完成原來技術(shù)所不可能實現(xiàn)的工作。"蘸筆"納米刻蝕技術(shù)的發(fā)明使我們能夠通過原子力顯微鏡(AFM)，操縱納米級原子力顯微鏡針尖，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)體表面上進行，但不能實現(xiàn)在柔軟的生物大分子上制作納米級圖形的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種動態(tài)組合模式"蘸筆"納米刻蝕方法(CD-DPN)，彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，實現(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DNA生物大分子上制造的納米陣列，或者說采用CD-DPN技術(shù)對單個DNA分子納米水平上的定位修飾。為了強調(diào)CD-DPN分子不但可實現(xiàn)在柔軟的生物大分子表面制造納米圖形的工作，它同時也可在其他物體表面制造納米圖形的優(yōu)勢，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，可直接作為疏水表面來制備納米圖形。無論基底是疏水的表
面還是親水的表面，處理過的或未經(jīng)處理的表面，都需達到原子級的平整；
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調(diào)整，如APTES修飾的云母表面，濕度需達到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、納米線、納米陣列等；
參仍然用此針尖對所制造的納米圖形進行再次掃描成像，檢查所制造的圖形。


圖1為利用本發(fā)明在單個DNA分子上制造的納米陣列。
圖2為本發(fā)明動態(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。
具體實施方式
實施例1在柔軟的生物大分子上制造的納米圖形
單個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，請參見名稱為"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?zhí)?br>00116715. 4，申請日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，慢慢地將整個蓋玻片或 云母沿著APTES云母的表面移動。在此過程中，由于水流彎月面的作用將DNA拉直，ATPES 云母對DNA的吸附作用，使其固定在基底上。樣品在空氣中或氮氣中干燥后，準(zhǔn)備用AFM進 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對拉直的DNA分子進行掃描成像，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DNA分子。在單個DNA分子上制備納米圖形
或著說對單個DNA分子進行納米尺度上的定位修飾，可選擇在基底上只有一個DNA分子或
多個DNA分子的區(qū)域，但要鎖定單個DNA分子上需被修飾的確切位置；
7.利用Af預(yù)的動態(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)溶液沉積在原來選定位置上_單個DNA分子上某個特定點的位置上用于制造納米圖形。
CD-DPN技術(shù)的具體操作過程如下步驟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)進一步確定某一個具體位置；步驟2 :在此位置上進行接觸模式 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，再次對原來所選定的區(qū)域進行成像掃描，獲得 形貌圖像，從而實現(xiàn)對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 的特點在于在整個納米圖形的制作過程，接觸模式與輕敲模式之間的轉(zhuǎn)換可隨機的進行 而無須將針尖抬起，退出操作系統(tǒng)。也就是說CD-DPN是通過輕敲模式-接觸模式，或輕敲模 式_接觸模式_輕敲模式間不停的轉(zhuǎn)換，來實現(xiàn)納米圖形的制作。當(dāng)在單個拉直的DNA分 子上制造納米陣列時，先選定感興趣的單個DNA分子，再鎖定單個DNA分子上的特定區(qū)段。 此時，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。接觸的時間根據(jù)不同需要來定，納米點或線的尺度越大所需接觸的時間就越長。 當(dāng)一個納米點制造好后，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。通過這樣不斷的鎖定目標(biāo)，降低針尖高度、抬高針尖高度的過程就可在DNA分子
4上制造納米圖形，甚至實現(xiàn)了對單個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
用熒光顯微鏡檢測方法來檢測，與AFM —起來相互驗證所獲得的結(jié)果。
本實驗所得到的結(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。
本實驗例中使用的AFM針尖為單個針尖。成像和操縱時的溫度控制在25t:左右，
濕度在75%左右。
實施例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，請參見名稱為"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?zhí)?00116715. 4，申請日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對云母表面進行掃描成像，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)溶液沉積在原來選定的區(qū)域上，形成陣列上的一個納米點。如需要可及時再次掃描 成像，檢查已經(jīng)沉積在云母表面上的納米點，也可以不經(jīng)檢查，通過調(diào)整X軸或Y軸的參數(shù)， 轉(zhuǎn)換到另外一處位置，直接進行另外一個納米點的制作。這樣，不斷的轉(zhuǎn)換X軸或Y軸的參 數(shù)，再進行納米點的制作，就可得到所設(shè)計的納米圖形，本例結(jié)果為2X4的納米陣列。納米 點的大小在30納米以下，點的高度在1. 5納米以下，點與點之間的間距約在150-200納米 間，它可根據(jù)實際需要調(diào)整；
實驗結(jié)果顯示如圖3所示，本實驗例中使用的的AFM針尖為單個針尖，也可以是 雙針尖或者針尖陣列。
成像和操縱時的溫度控制在25t:左右，濕度在75%左右。
權(quán)利要求
一種以動態(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、對基底表面進行處理，使其達到原子級的平整；B、對原子力顯微鏡針尖進行修飾，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、對環(huán)境溫度、濕度進行控制；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.仍然用此針尖對所制造的納米圖形進行再次掃描成像，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)進一步確定某一個具體位置；D步驟中之②的制造操作是在此位置上進行接觸模式的掃描，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，再次對原來所選定的區(qū)域進行成像掃描，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溶液沉積在原來選定的區(qū)域上，形成納米圖形上的一個納米點或一條納米線圖形；再次掃描成像，檢查已經(jīng)沉積在云母表面上的納米點或納米線，或者不經(jīng)檢查，通過調(diào)整X軸或Y軸的參數(shù)，轉(zhuǎn)換到另外一處位置，直接進行另外一個納米點或另一條線的制作；不斷的轉(zhuǎn)換X軸或Y軸的參數(shù)，進行納米點或線的制作，得到所設(shè)計的納米圖形。
專利摘要
一種以動態(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、對基底表面進行處理，使其達到原子級的平整；B、對原子力顯微鏡針尖進行修飾，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、對環(huán)境溫度、濕度進行控制；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；仍然用此針尖對所制造的納米圖形進行再次掃描成像，檢查所制造的圖形。彌補了現(xiàn)有技術(shù)的不足，不但可實現(xiàn)在柔軟的生物大分子表面制造納米圖形的工作，同時也可在其他物體表面制造納米圖形。
文檔編號B44C1/22GKCN1654230 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200410016197
公開日2010年5月12日 申請日期2004年2月10日
發(fā)明者張益 , 李賓, 李民乾, 汪穎, 胡鈞 申請人:中國科學(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),