自上而下的硅纳米线及其表面生物组装的可控批量制造技术

作为一种重要的纳米结构,硅纳米线具有一些特殊的纳米效应，且比表面积高，在FET器件中具有高的表面调制效率，与生物制造技术结合就能实现超高灵敏生物传感，在生物、医学、环境和反恐等领域具有重要应用前景。但目前在批量制造方面，还存在硅纳米线批量制造能力不足、硅纳米线表面的生物探针组装控制能力不强、缺乏多功能（通用性）生物探针的组装能力等问题。本项目提出开展基于自上而下方法的硅纳米线与生物功能探针组装的批量化可控制造技术研究，充分利用硅材料的选择性差异，发展对传统光刻、腐蚀工艺中的精细控制，制造出一致性良好的硅纳米线，进而在硅纳米线传感界面上有序组装多种生物功能探针（包括蛋白质探针和基因探针），大幅提高其生物识别和捕获性能，改善信噪比，从而为未来高灵敏度、高选择性的硅纳米线FET生物传感器件的批量化制造奠定坚实的技术基础，并为基于硅纳米线及相关生物修饰的跨尺度制造提供可借鉴的新原理和新方法。

本项目针对硅纳米线及其在生物、医学、环境、反恐应用中生物检测的制造需求，通过利用硅材料本身的特性，发展硅纳米线批量制造技术，研究硅纳米线传感界面上有序组装多种生物功能探针（包括蛋白质探针和基因探针）的制造方法，最终实现自上而下硅纳米线批量制造方法及其生物组装方法，为高灵敏度、高选择性的硅纳米线生物传感器件的批量制造奠定坚实的技术基础，并为基于硅纳米线及相关生物组装的跨尺度制造提供可借鉴的新原理和新方法。. 在四年时间里，发明了系列硅纳米线批量制造新方法，不仅可以实现同一硅片上水平方向不同尺寸硅纳米线阵列的批量制造，还可以实现垂直方向硅纳米线阵列的批量制造；研究了生物探针分子Fab′的制备、鉴定及纯化，优选了DNA 寡核苷酸探针，优化了生物探针的定向组装条件，获得了生物探针在一维纳米界面上可控组装的共性条件，优化了探针分子在不同批次一维和二维纳米材料上的组装条件；并将三维结构的DNA四面体作为纳米支架，构建了通用的纳米生物传感界面，还将纳米滚环扩增技术与DNA折纸术相结合，实现了DNA在纳米生物界面上的三维组装；利用纳米线比表面积高的特点，通过建立硅纳米线FET的传感机理模型，将DNA的检测限不断提升，保持在国际前列；同时提出将n型和p型硅纳米线阵列单片集成，实现互补对照检测，保证检测的可靠性；成功实现了microRNA、蛋白质分子的无标记、高灵敏电学检测，为硅纳米线在生物传感领域的成功应用提供了关键技术支撑。四年来，在Nano Letters等国际刊物上发表论文62篇，其中SCI论文41篇，影响因子10以上的论文4篇，影响因子5以上的论文25篇，受邀在Phil. Trans. R. Soc. A、Methods、中国科学等杂志上撰写了3篇综述文章，被包括Nature Nanotechnology、 Nature Chemistry、Advanced Material、Nano Letters、ACS Nano等杂志SCI论文他引303次，授权发明专利14项，15项申请中研究工作取得了突出进展，全面完成了研究计划。