印刷技术论文提纲

2022-11-15

论文题目：基于纳米蘸笔和微接触印刷技术的微纳功能结构阵列制备

摘要：将微纳功能材料进行大规模整齐有序的排布,形成高通量的功能结构阵列,可实现高通量信号输出,产生特有的光、电等信号响应,因而在集成电路、光电器件以及生物分析等领域扮演重要角色。相应的大面积功能结构阵列的制备方法、尺寸间距与点阵材料特性调控等研究受到了科学家们越来越多的关注。目前,功能结构阵列传统制备方法主要有光学刻蚀、电化学刻蚀以及三维打印等技术,但它们面临操作复杂、成本较高且难以大规模制备的挑战。因此,发展操作简单、成本低廉的制备方法对构筑结构组成可调的大面积功能阵列具有重要科学意义与研究价值。纳米蘸笔（Dip pen nanolithography,DPN）技术利用独特的纳米刻蚀仪器,可以实现简单高效且智能可控的打印过程,能够制备高分辨率的微纳米结构阵列,但该技术在国内尚未得到很好的推广。微接触印刷（Microcontact printing,μCP）技术依靠弹性聚合物针尖实现物质传输与打印,成本低廉,在微纳制造领域已经发展得相当成熟。本文主要基于DPN与微接触印刷两种技术来建立简单高效的功能性材料图案化加工方法,成功制备了大面积聚多巴胺（Polydopamine,PDA）阵列,并利用该平台通过PDA与生物分子、金属盐等物质的相互作用构建了生物芯片等功能性阵列结构。本论文首次提出了基于微接触与DPN技术的PDA微纳阵列的制备方法,并实现了在多种常见基底上阵列尺寸与间距的自由调控。所制备的PDA阵列可进一步与多种生物分子、细胞等相互作用,完成一种普适性生物芯片的构建,可在生物分析、药物筛选等领域产生巨大的应用前景。相比于传统生物芯片中生物材料的单一性,我们提出的制备策略对连接多种常见生物材料,如核酸、蛋白质、细胞等具有优异的普适性。此外,PDA自身具备还原和螯合金属离子等特征,可在PDA上定位生成金属纳米颗粒组装成的膜状结构（后简称金属纳米颗粒膜）,有助于构建金属纳米颗粒膜阵列结构。我们的研究表明,所制备的阵列结构表现出明显的拉曼信号增强性能,有望应用于新型功能光学分析与检测器件。相比于传统制备方法,本文提出的制备方法简单高效,并且对针尖与金属纳米颗粒的损耗较小。具体研究内容如下所述:（1）通过纳米蘸笔与微接触印刷技术打印多巴胺液滴阵列,随后在常温与氨气的碱性氛围中实现多巴胺液滴的原位聚合,形成尺寸均一的PDA阵列。与在碱性Tris缓冲溶液中浸泡的传统合成方法相比,多巴胺原位聚合的时间由18-24小时缩短到了8小时。通过SEM、AFM等仪器表征了PDA表面形貌,发现由该方式制备的阵点薄膜表面粗糙度较低,尺寸相对均一。此外,利用拉曼、红外等方法分析了PDA的成分和结构。研究表明,通过纳米蘸笔技术与微接触印刷技术,我们成功制备了PDA薄膜阵列。（2）将制备得到的PDA微米阵列与多种生物材料,如核酸、蛋白质、细胞等孵育;利用荧光显微镜可观察到相应生物材料阵列结构的成功构建。结果证明,该PDA阵点薄膜阵列可以连接多种生物材料,构建普适性的生物芯片。此外,在构建细胞阵列过程中,我们通过调控PDA阵点尺寸,可成功构建大面积单细胞阵列;同时通过对基底表面的处理,可调控多种细胞在PDA表面的粘附状态。（3）将PDA阵列与金属前驱体溶液接触,发现PDA薄膜可以引导金、银纳米颗粒定向生长为薄层膜状结构,形成金属纳米颗粒膜结构。SEM和AFM表征证明纳米颗粒及膜状结构具有均一的形貌与大小。随后,将金属纳米颗粒膜状阵列用于增强拉曼分析以及4-硝基苯酚的催化还原,结果表明所制得的金属纳米颗粒膜阵列具有优异的拉曼信号增强以及化学催化性能。

关键词：纳米蘸笔技术;微接触印刷;聚多巴胺;生物芯片;金属纳米颗粒膜状阵列

学科专业：化学

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 纳米蘸笔技术

1.1.1 纳米蘸笔技术的发展

1.1.2 纳米蘸笔中墨水传输的方式

1.1.3 纳米蘸笔技术的应用

1.2 微接触印刷技术

1.2.1 微接触印刷技术原理

1.2.2 应用