小型台式无掩膜光刻系统中助力开发新型晶体管检测方案(电子/半导体)

Quantum DesignCHINA 小型台式无掩膜光刻系统MicroWriter ML3 For Scientist By Scientist MicroWriter ML3@台式无掩模直写光刻系统是英国 Durham公司最新推出的实验室用小型无掩模光刻系统。创新的设计使得尺寸只有700x700mm的系统可以加工最大直径200mm的样品，最大分辨率高达600um。整套系统稳定可靠，无需安装，与控制电脑实现即插即用。为微流控、SAW、半导体、自旋电子学等领域的研究提供了一项方便、灵活、快捷的微加工手段。 微电极直写效果 微流通道直写效果 Baby Baby Plus Mesa Full Size MicroWriter ML3 最大样品尺寸(mm) Baby (基本型) 155×155×7 Baby Plus (增强型) 155×155×7 Mesa (Mesa型) 155×155×7 Full Size (旗舰型) 230×230×15 最大直写面积(mm) 149×149 149×149 149×149 195×195 光源波长 405nm(385nm可选) 405 nm(385nm可选) 405 nm(385nm可选) 385 nm 直写分辨率 1um 1 um， 5um 0.6 um， 1 um， 5 um 0.6 um， 1 um， 2 um， 5 um 20 mm2/mm@1um 20 mm?/min@1 um120 mm²/min@5 um 直写速度 20 mm?/min@1 um 20 mm?/min@1 um 120 mm²/min@5 um 对准显微镜物镜放大倍数 ×3，×10 ×3，×5，×10，×20 套刻精度 ±2 um ±1 um ±1 um ±0.5 um 最小栅格精度 200nm 200 nm 100 nm 100 nm 样品台最小步进距离 100 nm 100 nm 100 nm 50nm 温控样品腔室 无 无 无 有 光学表面轮廓探测 无 Z方向200nm分辨率Z方向200nm分辨率 Z方向100 nm分辨率 形貌探测功能 配备光学轮廓仪 V19-1 【图文导读】图1. 基于g-FET的Y形双探针生物传感器的制备和表征。（a）Y形双探针生物传感器进行SARS-CoV-2核酸检测的流程图。（b）选定的病毒序列和探针在检测SARS-CoV-2时所靶向的核酸。ORF1ab: 非结构多蛋白基因; S: 棘突糖蛋白基因; E: 包膜蛋白基因; M: 膜蛋白基因; N: 核衣壳蛋白基因。图中数字表示SARS-CoV-2 NC_045512在GenBank中基因组的位置。（c）封装好的器件。图中的比例尺为1 cm。（d）石墨烯通道的光学照片。（e）在石墨烯上的Cy3共轭Y型双探针。图中的比例尺为250 μm。图2. Y形双探针g-FET生物传感器进行SARS-CoV-2核酸测试的性能表现。（a）SARS-CoV-2核酸样本准备流程。（b）和（c）ΔIds/Ids0随着SARS-CoV-2 IVT-RNA增加的实时改变。（d）ΔIds/Ids0随着SARS-CoV-2 IVT-RNA或cDNA浓度的变化曲线图。（e）ΔIds/Ids0在检测到人类，SARS-CoV和SARS-CoV-2的cDNA和IVT-RNA时的反应。所有数据源自三个不同的传感器。图3. Y形DNA探针和ss-DNA探针的g-FETs生物传感器的测试表现对比。（a, b）在石墨烯上的ss-DNA探针和Y形DNA探针的AFM表征结果。（c, d）分别为ss-DNA和Y形DNA探针在g-FETs生物传感器上的示意图。（e）不同探针下ΔVDirac在SARS-CoV-2 cDNA浓度为0.03到500份/100μL的人工唾液中的变化。（f）利用Y-A探针和Y形探针的传感器的ΔVDirac随着SARS-CoV-2 cDNA浓度的变化。（g）sy-DNA浓度在1x10-15至1x10-12M的条件下，Y-A探针和A探针在0.01xPBS条件下的ΔVDirac变换。（h）暴露在浓度为1μM下的目标DNA生物传感器的ΔVDirac变化。所有数据源自三个不同的传感器。图4. 测试临床SARS-CoV-2样本结果。（a）在添加人体H1和临床P1的样本后ΔIds/Ids0随时间的变化曲线。插图中所示的是诊断P1所用的时间。（b）ΔIds/Ids0在添加P1-P7和H1-H7后的变换。图中偏上的插图为P1-P7诊断时间的箱型图，图中偏下的插图为H1-H7的ΔIds/Ids0值。（c）g-FET传感器中的的ΔIds/Ids0随着P1浓变化的实时反馈结果。（d）五合一SARS-CoV-2核酸集体检测示意图。（e）在添加阳性样本B1-B6和阴性样本A1-A6后，Y形双探针g-FETs生物传感器的ΔIds/Ids0事实变化结果。插图为在添加集体样本A6和B6后ΔIds/Ids0随时间的变换。（f）Y形双探针g-FETs生物传感器的测试速度与其他检测SARS-CoV-2核酸方法速度的对比。【结论】魏大程教授课题组所研发的Y形双探针g-FETs生物传感器，是一种适用于大规模流行病筛选的新手段，突破了传统筛选手段诊断时间长和不能混合检测的瓶颈，在流行病筛选方面有巨大的应用前景。同时，从文中也可以看到随着流行病检测领域的需求逐渐增多，如何快速开发出符合需求的生物传感器显得十分重要。由于实验过程中需要及时修改相应的参数，得到优化的实验结果，十分依赖灵活多变的光刻手段。MicroWirter ML3小型台式无掩膜光刻机可以任意调整光刻图形，帮助用户快速实现原型芯片的开发，助力流行病检测领域的研究。【参考文献】[1]. Direct SARS-CoV-2 Nucleic Acid Detection by Y-Shaped DNA Dual-Probe Transistor Assay，J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 41, 17004–17014