生物分子点印加工系统

------（蛋白质/DNA/抗原/抗体/脂质体等）

DPN（Dip Pen Nanolithography）是美国西北大学的Mirkin教授小组开发的基于原子力显微镜的纳米刻蚀技术，国内又称作浸蘸笔纳米加工刻蚀技术。通过对被转移材料或物质的精确控制，可以在衬底表面构造出任意的纳米结构。随着与相关技术的发展， DPN逐渐发展为一种操作简单的纳米刻蚀技术。经过多年的潜心研发，美国acst（Advanced Creative Solutions Technology）公司充分挖掘了DPN技术在纳米科技领域的巨大应用前景，推出了基于DPN技术的多功能台式微米加工点印仪NLP-2000。

NLP 2000系统是一个用户界面友好并且简单方便的台式纳米加工平台，可以以亚微米级别的精确度和分辨率将多种材料点印到基底模板上。整合MEMS和沉积技术到NLP 2000系统的点印和自动化软件之中，用户可以在几十分钟内随意创造出自定制化的图案。NLP 2000可以很好地应用于微纳米芯片的大面积点印沉积。NLP 2000的原理基于Dip Pen Nanolithography(蘸水笔纳米刻蚀技术)，是一个能够在大的基底表面点印亚微米图案的系统。由于点印的团的大小可以从100 nm到10um以上，NLP 2000给纳米加工刻蚀技术带来****的方便。NLP 2000可以提供1-10微米的点印，使它成为纳米工程和生物材料的领域的理想工具，例如：

　※　多重蛋白质点印

　※　生物芯片功能化

　※　细胞微米/纳米图案研究

　※　聚合物点印，包括乙二醇和丙烯酸

特点和优势

除了可以点印多种材料的纳米/微米图案之外，NLP 2000的优点还有：

　※　快速点印多种成分的团，分辨率在1-10微米

　※　自动化，精确，同一平面的点印区域可达到40mm ×40mm

　※　微米结构的材料的功能化加工

　※　通过高倍分辨率的光学显微镜 & 环境腔进行过程检测和控制

　※　用户友好的软件

　※　材料点印的标准流程

标准配置

　※　NLP2000 系统主机，光学部分，控制器

　※　M-型多探针阵列。储液池，基底板

　※　快速启动说明，用户操作手册，CD

　※　一年保修，配件和人力

　※　环境控制腔

　※　整合的隔震台

　※　延迟的有限质保，1年

大区域、全自动、精确的点印

除了一个大的40mm × 40mm XY平台之外，NLP 2000系统包括基本培训之后用户快速点印大的表面的所需要的所有软硬件。NLP 2000 配置的3个压电驱动的线性位移台（XYZ）和2个角位台 Goniometer Stage（Tx和Ty）确保了大区域精确快速点印的稳定性。全自动的调平控制系统，标准的点印规则，以及软件脚本处理使NLP 2000系统可以简单、自动、可控的完成长时间点印。

微结构的功能化

通过使用NLP 2000系统的高分辨率平台，亚微米光学分辨率和样品点印界面，科学家可以简单方便的功能化传感器，阵列传感器，微接触印刷印章，微流体设备，或者其他预装配的微结构。

可控地点印环境

为了全面的监控和控制点印过程，NLP 2000 系统配置了高分辨率的光学显微镜和环境控制腔，以及隔震台。整合的环境控制腔可以是用户控制和记录温度，湿度和其他参数，用于实时或者后续的分析和校准。此外，NLP 2000 还可以兼容市场上的主动和被动的各种防震台。

点印的材料和基底：NLP 2000 系统可以点印和成像多种分子材料和液体到不同的基底材料，黏度范围可以从1-20000 cP。

点印的材料：

※　蛋白质、核酸、抗原、脂质体、纳米颗粒、聚乙二醇、UV-固化的多聚体、热-固化的多聚体、甘油、硅烷

兼容的基底：

※　硅、二氧化硅、硅烷化表面、氨基活化的玻片、金属、PDMS、水凝胶、聚苯乙烯、催化剂、硫醇

Top-Down Lithography （自上而下刻蚀）

Top-down DPN技术是快速进行模型结构设计的理想工具，适用于衍射光栅、等离子特征、任意固态图案（包括光掩模）。先利用DPN系统将抗刻蚀的材料转移到预定的基底表面，点印尺寸从50nm到2um，随后将基底浸入到腐蚀液中去除点印图案以外的所有区域的材料，*终点印的材料就突出于表面而形成所需图案。

Bottom-up Lithography （自下而上刻蚀）

作为一种快速经济的微印刷技术，DPN技术可以将图案材料点印到平面或者已有的微米/纳米结构中，从而广泛应用到bottom-up制备领域，并且可以用于生物芯片功能化、PDMS印章、微流管、膜和纳米线。

独特的优势

※　点印大小：50nm-10um

MEMS专业制备的“笔”尖非常适合于沉积小分子或者液体材料，并且能够控制点印的尺寸大小。通过控制“笔”尖在基底表面的停留时间和沉积的环境条件，NLP2000的使用者可以很快很容易地创造出从纳米到微米尺寸大小的点。功能强大、使用方便的系统软件驱动高精确度的扫描移动平台来确保在X、Y、Z三维平面上点印的纳米分辨率和稳定性。

※　使用一种或多种材料灵活快速点印制备图案

使用NLP2000 ，研究人员可以很快的创造出独特的图案，并且从设计图案到点印材料一共不超过一个小时。首先将小分子或者液体分子等“墨水”材料从墨水池流经微流管运输再装载到“笔”尖阵列上的储水槽。“笔”尖阵列上的每一个“笔”尖都可以装载一种特定的“墨水”材料。一旦“笔”尖装载好“墨水”， NLP2000就可以同时将多种不同“墨水”材料点印在预定的的基底上，且点印的图案特征是复杂多样的，*终创造出用户自定义的结构。

※　沉积过程不损伤生物材料

NLP2000沉积蛋白质、多肽和核酸的过程不涉及到压力、剪切力、高真空或者紫外照射等破坏生物分子结构和功能的极端条件。因此，DPN系统所制备图案中生物分子可以保持良好的活性。“笔”尖能够成功地点印粘度从1-20000cP的液体材料，点印的图案大小和形状可以各异，并且不会留下“咖啡渍”的污渍印记，而这个问题通常在其他的点印平台都存在。

※　可以选择”笔“尖的数目

使用“笔”尖阵列点印材料的时候，使用单独一个阵列和样品可以同时使用多个“笔”尖一次性沉积出几十到几千个重复。精致复杂的DPN系统的扫描操作台可以保证整个“笔”尖阵列的所有“笔”尖都一同接触到基底，从而创造出高度一致的斑点形态。

※　精确定位的材料沉积

高精确度的x，y平台配合新型的成像系统和先进的软件使得DPN平台能够沉积各种材料到预定的位置，同时保证纳米和微米的精确度。这种精确度使得DPN系统成为一种理想的微结构功能化加工和制造的工具，可以应用到传感器、微流体和细胞培养等领域。DPN制备过程同样对构造纳米线或者石墨烯层微机构上的电极很有应用价值。

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独特的的应用领域

NLP2000的可以在各种环境条件下将不同的材料以多种设计方案直接沉积到预定的位置，使得其可以应用到*前沿的纳米加工制备、纳米工程和纳米生物等领域。

※　　纳米工程

超材料： 开口环形谐振器结构

光栅：大尺度衍射光栅制作

碳纳米管：金属纳米颗粒（单个或一列）沉积在催化的碳纳米管的生长

石墨烯：在石墨烯层上印电极

※　微结构功能化

因为NLP2000可以将不同的材料沉积到可控的位置并保证纳米级的精确度（小于10um大小），所以该平台是微结构功能化预加工的理想工具。应用的微结构包括生物传感器/化学传感器阵列元件、微柱、微电极和微流体导管内部的特定位置。用户自定义的结构。

※　生物材料

水胶形成亚细胞结构非常适合细胞微成像、组织工程学和体外细胞培养的研究。研究者可以利用NLP2000稳定可控地在亚细胞水平点印水胶前体到指定的位置，随后聚合化这些前体形成三维交联结构的水胶聚合体，这种非常接近天然组织的环境适合用来研究组织水平细胞与外基质以及细胞与水胶上结合蛋白的相互作用。NLP2000同样很适合点印DNA、蛋白、脂质和其他生物性材料分子以形成相应图案。

※　细胞生物学

DPN平台的无损伤生物分子沉积过程和快速点印成像的能力使得其成为操作和研究活细胞的理想工具。DPN系统可以方便地制备亚细胞水平的生物材料并且吸附单细胞到这些图案化的基底图案上，从而研究细胞行为学内部机制，包括细胞极化、细胞形态学、迁移、粘附、分化以及干细胞系研究。使用DPN沉积水胶，研究者可以监测吸附到外基质材料的单一细胞水平的生物学效应，包括单细胞之间的相互作用以及单细胞与外部微环境的相互作用。

※　多蛋白分析

DPN系统可以在不损伤生物分子的条件下同时沉积多种蛋白成分（包括抗体）。由于DPN可以点印大小形态高度一致的抗体分子，因此可以应用到纳米蛋白阵列，使得蛋白阵列的检测灵敏度大大提到，能检测到极低含量的蛋白标记物，而且每个分析样本只需要不到1ul用量，所以DPN是多蛋白表达谱分析和蛋白质组功能学研究的理想平台。

文献列表：

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Materials and Engineering， 2017

Large-Area Patterning of MetalNanostructures by Dip-Pen Nanodisplacement Lithography for Optical Applications.

Small，2017

ChemistryBased Allergen Arrays Generated by Polymer Pen Lithography for Mast CellActivation Studies.

Small， 2016

PDMS Deposition for Optical Devicesby Dip‐Pen Nanolithography.

MacromolecularMaterials and Engineering， 2016

Solar cell efficiencyimprovement using dip-pen nanolithography.

Journalof Photonics for Energy， 2017

Patterning of Quantum Dots byDip-Pen and Polymer Pen Nanolithography. Nanofabrication，2015

Surface Modification byCombination of Dip-Pen Nanolithography and Soft Lithography for Reduction ofBacterial Adhesion.

Journal ofNanotechnology， 2018

Patterned Deposition ofNanoparticles Using Dip Pen Nanolithography For Synthesis of Carbon Nanotubes.

Journal of Nanotechnology， 2015

Phospholipid arrays on porouspolymer coatings generated by micro-contact spotting.

Journal of Nanotechnology， 2017

Combinatorial Synthesis ofMacromolecular Arrays by Microchannel Cantilever Spotting (μCS).

Advanced Materials， 2018

"Dip-Pen Nanolithographymethod for Fabrication of Biofunctionalized Magnetic Nanodiscs Applied inMedicine".

Semiconductors， 2018

Design complexity of DPNpatterning with Cr3t and Co2t metallic ions on Au (111) thin film.

ournal of Alloys and Compounds， 2018

Oxygen-implanted inducedformation of oxide layer enhances blood compatibility on titanium forbiomedical applications.

MaterialsScience and Engineering， 2016

"Structural andThermoelectric Properties of Optically Transparent Thin Films Based onSingle-Walled Carbon Nanotubes".

Physics of the Solid State， 2018

"Si/Fe flux ratioinfluence on growth and physical properties of polycrystalline β-FeSi2 thinfilms on Si(100) surface".

Journalof Magnetism and Magnetic Materials， 2016

Double epitaxy of tetragonaland hexagonal phases in the FeSe system.

Journalof Crystal Growth， 2019

"Highly porous monolith/TiO2supported Cu， Cu-Ni， Ru， and Pt catalysts in methanol steam reforming processfor H2 generation".

AppliedCatalysis A， General， 2018