《基於STED技術的大面積一致性可控納米孔陣列製造》是依託西北大學，由王凱歌擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：基於STED技術的大面積一致性可控納米孔陣列製造
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：王凱歌
- 依託單位：西北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大面積陣列分布的納米孔，在生物醫學、信息、能源、國防建設等領域有重要套用潛力，孔徑~2nm的納米孔在測定和辨析單個核苷酸分子、判斷DNA分子與蛋白質作用時位點的核苷酸排序等領域有重要套用。目前的挑戰與瓶頸是難於實現大面積、一致性、可重複製造。本項目提出基於受激發射損耗(STED)技術的納米孔製造技術，通過控制STED的雷射光束品質、光敏劑的激發與去激發、光刻膠聚合反應等過程，結合反應離子束刻蝕（RIE）和單原子層沉積（ALD）技術，最佳化關鍵工藝，實現納米孔快速、低成本、大面積、一致性、普適性、可控性製造。研究STED技術的光刻機理和RIE、ALD技術的機理；建立納米孔製造過程中光子、離子、原子的運動、能量和時間及孔口周邊的原子/分子橫向遷移規律的量子模型。利用提出的納米製造技術製造石墨烯-氮化矽複合材料納米孔，並用於生物單分子的高靈敏檢測，促進納米孔晶片實驗室、納米孔全基因測序技術的發展。
結題摘要
大面積一致性可控的納米結構在科學研究、清潔能源等諸多方面具有廣闊的套用，其製造方法與技術是目前納米科技發展的最前沿技術。本項目理論與實驗相結合，基於STED技術，發展一種簡捷高效的納米孔/柱陣列製造方法，並開展納微米孔道技術在生物單分子性質監測方面的研究。首先，基於STED技術原理，自主搭建了基於連續雷射、脈衝雷射的STED納米柱/孔陣列研製系統，系統主要由光源系統、相位調製系統、光路系統、電路系統、樣品平移台系統、數據採集與處理系統等部分組成。其次，利用該套系統，開展大面積（100mm×100mm量級）陣列排布的納米柱/孔的研製，獲得了單個納米柱直徑＜50nm的微納米陣列，納米柱直徑僅為入射雷射波長532nm 的1/11，突破了阿貝衍射極限定律的限制。該工作利用遠場超分辨成像系統的消激發光進行無掩膜納米研製，開創了連續雷射製備納米結構的新途徑！再次，基於矢量衍射積分理論，建立了STED納米結構製備系統與STED消激發光光場理論模型；將入射光的偏振態與相位調製方法結合，詳細模擬了有效壓縮點擴散函式的雷射束空間形狀特性；詳細討論了球差、彗差、象散等因素存在或同時存在時對入射圓環光束的影響。該工作為進一步利用STED消激發光進行納米加工提供理論指導。再次，研究了多種新型螢光染料與雷射相互作用，詳細分析了染料試劑的雷射激發特性和消激發特性，尤其對DAP1、ATTO390等在強激發光與消激發光共同作用下所引發的非線性效應做了深入探討，發現染料DAP1的去激發獨特性質，本工作為超分辨光學成像技術提供了新的螢光染料，將拓寬超分辨成像技術的套用領域。最後，探索了以金屬或聚合物納米柱/孔陣列結構為基底，利用化學沉積方法研製新型大面積一致性可控的納米薄膜材料，並系統研究其電學、光學、超疏/親水性等特性。另外，利用所研製的納米孔道、納微米通道相結合的複合結構操縱並分析生物DNA分子穿越動力學特性等工作。系統研究了DNA分子及其緩衝液在脈衝外電場作用下，穿越微米通道、納米通道的實時電流信號，總結了電流隨脈衝間隔、電壓大小等的變化特性，發現電流隨時間的變化關係符合Hill公式。
