动物蛋白胶怎么制备(蛋白胶配制的方法)

本报记者刘航

利用重组蜘蛛丝蛋白作为光刻胶，科学家实现了分子级精度的真三维纳米功能器件的直写。这项技术的加工精度可以达到14nm，比之前的技术提高了一个数量级。

以上结果来自上海微系统中科院研究所团队和上海交通大学夏、钱志刚团队。在过去的二十年里，三维制造得到了深入的研究。随着材料发展的协调进步，许多应用极大地受益于微纳米尺度三维结构和器件的高分辨率制造，如微流体、折射/衍射光学、光子超材料和机械超材料。

当尺度更小时，到深纳米尺度(即小于100nm)，材料和制作技术的挑战更加突出。其中，分辨率、结构稳定性和精度是关键因素。对于细胞支架和治疗性微/纳米机器人等生物医学应用，有必要评估系统3d制造结构的生物相容性、物理和化学稳定性以及功能化的难度

通过光刻方法(如多光子无掩模光刻和掩模投影立体光刻)可以制造三维结构，使用合成树脂、角蛋白、丝素蛋白和丝胶蛋白作为光刻胶。

光刻胶又称光阻剂，是一种经过光照后可以抗蚀的高分子化合物。它用于在半导体衬底表面产生电路形状，是芯片制造的重要材料。提高光刻胶的分辨率是发展集成电路和芯片先进制造技术的重要途径，而光刻胶的分子组成、结构和力学性能与其光刻分辨率密切相关。

电子束光刻的精度极高，通常通过二维微纳加工获得最小尺寸的标准工具。将电子束光刻的能力扩展到真正的三维微纳加工，是研究人员长期的努力。

历史上，电子束光刻使用高电压(大于25 kV)和薄胶(小于100 nm)来确保光刻的准直和分辨率。

此前，研究团队将电子束光刻和离子束光刻相结合，在丝蛋白中制作简单的2D和3D纳米结构，而离子束光刻不可避免地会刻蚀顶层，并可能造成离子污染。三维制造技术还存在一些缺陷，包括光刻分辨率和结构复杂性的内在矛盾，以及功能化的局限性。因此，需要探索材料和制造技术的新策略和创新。

图片来源：中科院上海微研所系统。

在这项工作中，研究团队通过优化重组蜘蛛丝的基因片段和分子量，创新性地开发了水性基因重组蜘蛛丝蛋白光刻胶。在整个光刻过程中，只使用纯水作为溶剂和显影剂，以防止化学污染。

研究团队从低电压(10 kV以下)和厚胶(微米级)入手，结合基于百万电子的大规模模拟，实时控制加速电压在丝蛋白光刻胶中的穿透深度、停留位置和能量吸收峰，实现了分子级精度的真三维纳米功能器件的直写。

该技术的加工精度可达14nm，接近于天然丝蛋白的单分子尺寸(约10nm)，比以前的技术提高了一个数量级。

研究人员表明，制备的三维纳米结构继承了蜘蛛丝优异的机械强度和结构复杂性。该三维纳米结构具有良好的生物相容性，可通过生物或化学方**能化，实现可装载药物的4D纳米功能器件(可时空变形)。它在智能仿生感知、药物释放纳米机器人、类器官芯片等研究领域具有明显的应用前景。

作为概念的证明，研究人员设计并制造了一种新型纳米机器人，它可以在液体环境中以可控的方式移动，由人体生理水平的生物燃料提供动力，并

责任编辑：李跃群