基于电子束光刻的生物蛋白纳米结构加工关键技术研究

In order to meet the demand of biocompatible, high precision, eco-friendly and three-dimensional controllable nanofabrication method for proteins, we focus on the key techniques research of electron beam lithography for protein nanostructures preparation. Protein molecular properties such as average molecular weight and molecular weight distribution are tunable by controlling the extraction and purification processes. Near-field infrared nano-characterization techniques are utilized to reveal the mechanisms of action of electron beam on proteins at nanoscale. It is very helpful to establish the relationship between molecular structure and physicochemical properties of proteins. Finally, a new method for the fabrication of functionalized three-dimensional protein nanostructures is achieved. This project will promote the applications of proteins in micro-nano optoelectronics, information sensing, biological medicine and so on.

面向生物兼容性佳、高精度、环境友好、三维可控的新型生物蛋白纳米加工方法需求，本项目围绕基于电子束光刻的生物蛋白纳米结构加工关键技术，通过调控生物蛋白材料的提取和纯化工艺，控制生物蛋白分子大小、结构等关键性质参数；运用近场红外纳米表征技术，研究纳米尺度下的电子束光刻对生物蛋白的作用机理，建立材料分子结构与物化性质关系模型；形成功能化三维蛋白纳米结构制备新方法。本项目的完成将有力地促进生物蛋白在微纳光电、信息传感、生物医疗等领域中的应用。

面向生物兼容性佳、高精度、环境友好、三维可控的新型生物蛋白纳米加工方法需求，本项目围绕基于电子束光刻的生物蛋白纳米结构加工关键技术，通过研究生物蛋白材料的提取和制备工艺，优化了生物蛋白分子尺寸、氨基酸组成等关键性质参数；运用近场红外纳米表征技术，研究了纳米尺度下的电子束光刻对生物蛋白的作用机理，建立了材料分子结构与光刻性能的关系；形成了功能化三维蛋白纳米结构制备新方法。本项目顺利完成了预期项目指标，主要包括：在生物蛋白电子束光刻纳米加工工艺方面，可控制备了生物蛋白三维纳米结构，最小线宽达到14.8 nm；在功能化生物蛋白/药物复合纳米结构方面，构建了负载抗肿瘤药物的生物蛋白仿生三维纳米支架，实现了对脑胶质瘤细胞的图案化抑制等功能；在论文发表方面，发表SCI论文3篇，在本领域顶级国际会议IEEE MEMS和Transducers上发表论文5篇，其中口头报告1篇，均为EI收录；在专利申请方面，本项目申请国家发明专利2项；在学生培养方面，培养研究生3名，其中博士研究生2名，硕士研究生1名。本项目取得的研究成果对生物蛋白在微纳光电、信息传感、生物医疗等领域中的深入应用，将发挥重要的推动作用。