■  MicroWriter ML3在微流控通道制备方面的应用（助力不同形貌酿酒酵母菌的有效分类和收集）

麦考瑞大学Ming Li课题组利用MicroWriter ML3小型台式无掩膜光刻机制备了一系列矩形微流控通道。在制备的微流控通道中，通过粘弹性流体和牛顿流体的共同作用对不同形貌的酿酒酵母菌进行了有效的分类和收集。借助MicroWirter ML3中所采用的无掩模技术，课题组轻松实现了对微流控传输通道长度的调节，优化出对不同形貌酵母菌进行分类的佳参数。

图1.在MicroWriter制备的微流控通道中利用粘弹性流体对不同形貌的酿酒酵母菌进行分类。

（a）对不同形貌酿酒酵母菌，而非根据尺寸进行分类的原理图。微流控结构有两个入口，一个是用于注入酿酒酵母菌溶液，另一个用于注入聚氧乙烯（PEO）鞘液。除此之外，该结构还有一个微流控传输通道，一个扩展区和七个出口。所有的酵母菌初期排列在鞘液的边缘，在界面弹性升力和内在升力的共同作用下，酿酒酵母菌根据形貌在鞘液内被分类。

（b）对酿酒酵母菌进行形貌分类的微流控通道设计图（左）和用MicroWirter ML3制备出的实际微流控通道（右）的对比。图中比例尺为10 μm。

随着微流控在生物领域的应用逐渐增多，影响力逐渐扩大，如何快速开发出符合实验设计的原型微流控结构变得十分重要。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，灵活多变的光刻手段显得尤为重要。从上文中可以看出，MicroWirter ML3小型台式无掩膜光刻机可以帮助用户快速实现原型微流控结构的开发，助力生物相关微流控领域的研究。

引用文献：[1]. Liu P ,  Liu H ,  Yuan D , et al. Separation and Enrichment of Yeast Saccharomyces cerevisiae by Shape Using Viscoelastic Microfluidics[J]. Analytical Chemistry, 2021, 93(3):1586-1595.

详情请参考：https://qd-china.com/zh/news/detail/2106231014037

■  无掩模光刻系统MicroWriter在微流控芯片制备方面的应用

众所周知，研究单细胞的机械表型能够提供许多潜在的诊断应用。细胞是黏弹性的，它们对外加应力的响应高度依赖于外界激励的大小和时间。微流体可以用来测量细胞在各种流动条件下的变形能力，操作两种不同的流动状态（剪切和惯性），这两种流动状态可以揭示亚细胞组分产生的微弱的机械特性。F. J. Armistead等人自主设计和制备了专用的微流控器件，通过设计和调控一系列的流动状态，研究了三种结直肠癌（CRC）细胞系的变形能力。在本工作当中，微流控器件的制备是采用标准的快速成型技术和软光刻技术，其中，微流控器件的制备使用了英国Durham Magneto Optics公司生产的MicroWriter无掩膜光刻机。

图1 a. 微流控器件中通道交叉区域的示意图；b. 细胞形变前后的示意图以及相应的几何参数；c. 三种细胞系的示意图；d. 叠加的亮场图像，展示了一个单细胞进入（从左侧）微流控器件中的停滞点（SP），并由器件底部退出的过程；e. SW480、HT29、SW620、HL60四种细胞系在不同力学作用下的形变实例。

引用文献：fern J. Armistead, Julia Gala De pablo, Hermes Gadêlha, Sally A. peyman, Stephen D. Evans. Physical Biomarkers of Disease progression: on-chip Monitoring of changes in Mechanobiology of colorectal cancer cells. Sci. Rep., (2020) 10:3254.

■  MicroWriter ML3制备分子微纳机电芯片，助力新冠病毒快速检测（复旦大学魏大程教授课题组）

Nature Biomedical Engineering IF=25.7

DOI：https://doi.org/10.1038/s41551-021-00833-7

由于许多疾病相关生物标志物的浓度超低，所产生的信号往往会被其他高浓度分子所产生的信号所干扰，因此从生物流体中进行超低浓度样品（每100 μL中有1到10份）的检测一直是医学/生物分析领域的一个难题。近日，复旦大学魏大程教授课题组使用小型台式无掩膜光刻机- MicroWriter ML3制备了基于石墨烯场效应管的分子微纳机电芯片解决了这一难题。所制备的芯片实现了对低浓度离子，生物分子和新冠病毒（每100 μL中有1到2份）的快速精确检测。使用该芯片对新冠病毒进行检测时，仅需鼻咽样本即可，无需RNA提取和核酸扩增，四分钟内就可得到检测结果。相关研究论文已在国际知名期刊《Nature Biomedical Engineering》（IF=25.7）上发表。

详情请参考：https://qd-china.com/zh/news/detail/2203241618691

■  MicroWriter ML3助力开发新型晶体管实现新冠肺炎快速筛选

近期，复旦大学魏大程教授课题组利用MicroWriter ML3小型台式无掩膜光刻机制备出基于石墨烯场效应晶体管（g-FET）的生物传感器。该传感器上拥有Y形DNA双探针（Y-双探针），可灵敏且快速的实现新冠病毒的核酸检测分析。该传感器中的双探针设计，可以同时靶向新冠病毒核酸的两个目标基因区域：ORF1ab和N基因，从而实现更高的识别率和更低的检出极限（0.03份μL−1)。这一检出极限比现有的核酸分析低1-2个数量级，可避免混检过程中样本病毒载量较低而产生漏网之鱼，实现精准的混合测试。该传感器也具有极快的检测速度，快的核酸检测速度约为1分钟。由于快速、超灵敏、易于操作等特点以及混合检测的能力，这一传感器在大规模范围内筛查新冠病毒和其他流行病感染者方面具有巨大的应用前景。

图1. 基于g-FET的Y形双探针生物传感器的制备和表征。

引用文献：[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

详情请参考：https://qd-china.com/zh/news/detail/2112091664180

■  MicroWriter ML3在高灵敏压力传感器阵列制备方面的应用

目前，基于渗流效应或接触电阻模型的压力传感器存在着灵敏度不够高、难以制备、难以推广应用等问题。着眼于此，复旦大学武利民教授团队发展出了一种新的超高灵敏度传感薄膜材料（主要基于一种空心带刺纳米结构碳球与聚甲基硅氧烷弹性体（PDMS）），结合理论计算，发现该材料体系在浓度导电载体（≤1.5 wt%的碳球）下，受微小外力作用，即通过F-N隧穿效应，产生大的电流密度，从而实现了对外界压力的高灵敏度响应。更进一步，结合传统微加工制程的工艺方法，实现了基于此种新结构的传感器阵列的制备。利用所制备的传感器阵列，通过显示分辨率、形状和动态传感能力，可以检测玩具蚂蚁、小球和一些具有不同接触形状的物体。

图1 制备所得传感器阵列的图像、电学特性、对不同形状微小物品的探测

引用文献：Lan Shi, Zhuo Li, Min Chen, Yajie Qin, Yizhou Jiang & Limin Wu. Quantum effect-based flexible and transparent pressure sensors with ultrahigh sensitivity and sensing density.  Nat Commun 11, 3529 (2020).

■  MicroWriter无掩膜光刻机在钙钛矿柔型器件制备中的应用

近日，意大利博洛尼亚大学Ilaria Fratelli教授课题组利用小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3 制备出用于质子束探测的3D-2D混合钙钛矿柔性薄膜检测器。在5 MeV质子的条件下，探测器的探测束流范围为从4.5 × 10⁵ 到 1.4 × 10⁹ H⁺ cm⁻² s⁻¹，可连续检测的辐射敏感度高达290 nCGy⁻¹mm⁻³，检测下限为72 μGy s⁻¹。

图1. PET 柔性基板上的混合 3D-2D 钙钛矿薄膜活性层：结构和形态。

（A）MAPbBr₃ (3D) 和(PEA)₂PbBr₄ (2D)钙钛矿材料的结构示意图。

（B）通过MicroWriter无掩模激光直写机制备出的检测器，图中标尺长度为500 μm。

（c）3D-2D混合钙钛矿材料的低掠射角XRD结果。

（d）3D-2D混合钙钛矿材料的ＡＦＭ表面形貌图。

图2. 3D-2D 钙钛矿材料的电学和光电学方面的性能。

（Ａ）由Microwriter无掩模光刻机制备柔性器件。

（Ｂ）柔性器件在不同弯曲程度条件下的电流－电压曲线图。

（Ｃ）3D-2D钙钛矿材料的PL光谱结果。

（Ｄ）3D-2D钙钛矿材料的紫外－可见光光谱。

■  MicroWriter无掩膜光刻机助力晶圆级二维半导体实现存算融合器件突破

人工智能相关的运算通常需要进行大量的连续矩阵计算。从芯片的角度来说，连续矩阵运算的主要需求是芯片具有良好的乘积累加运算（MAC）能力。可以说，MAC运算能力决定了芯片在AI运算时的表现。高效MAC运算可以由内存内运算技术直接实现。然而，基于冯诺依曼计算架构的芯片在内存和逻辑运算之间均存在着瓶颈，限制了内存内的高速MAC运算。理想的AI芯片构架不仅要有高效的内存内运算能力，还需要具有非易失性，多比特存储，可反复擦写和易于读写等特点。

复旦大学包文中教授课题组利用MicroWriter ML3小型台式无掩膜光刻机制备出基于单层MoS₂晶体管的两晶体管一电容（2T-1C）新型单元构架，拥有近乎无限的器件耐久性，能够实现较长时间的多值存储能力，实现了模拟的乘加运算。在该构架中，存储单元是一个类似1T-1C的动态随机存储器（DRAM），其继承了DRAM读写速度快和耐反复擦写的优点。此外，MoS₂晶体管的漏电流使得多层级电压在电容中有更长的存留时间。单个MoS₂的电学特性还允许利用电容中的电压对漏电压进行倍增，然后进行模拟计算。乘积累加结果可以通过汇合多个2T-1C单元的电流实现。实验结果证明，基于此构架的芯片所训练的神经网络识别手写数字可达到90.3%。展示出2T-1C单元构架在未来AI计算领域的潜力。

详情请参考：https://qd-china.com/zh/news/detail/2108090961789

■  MicroWriter激光直写光刻机在二维无机分子晶体器件制备方面的应用

由于独特物理、化学性质，二维无机分子晶体（two-dimensional inorganic molecular crystals, 2DIMCs）有望应用于下一代半导体工业、光电器件、柔性器件、传感、催化和智能科技等领域，因而受到了越来越多的关注。制备大面积、高质量的二维无机分子晶体是目前限制其进一步广泛应用的巨大挑战。针对这一问题，华中科技大学翟天佑教授课题组成功制备出薄单分子层（约0.64nm）的二维Sb₂O₃无机分子晶体。通过理论与计算结合，详细分析了材料的合成机制。更进一步地，通过制备基于二维无机分子晶体的原型器件及系统的测试，展示了未来二维分子晶体在电子、光电以及相变器件中的应用可行性。文中，作者使用MicroWriter ML无掩模光刻系统，制备了基于二维无机分子晶体的器件。

图中所示为α相和β相的Sb₂O₃晶体器件的IV特性曲线，其中右下的图片为Sb₂O₃器件的光学显微示意图。

引用文献：Wei Han, Pu Huang, Liang Li, Fakun Wang, Peng Luo, Kailang Liu, Xing Zhou, Huiqiao Li, Xiuwen Zhang, Yi Cui, Tianyou Zhai. Two-dimensional inorganic molecular crystals. Nature Comm. | (2019) 10:4728.

■  无掩膜光刻系统MicroWriter在TMDCs材料研究方面的应用

原子层级的过渡金属二硫化物（TMD）是近些年的重要研究热点。然而，目前绝大部分的器件都是基于层间剥离来获取金属硫化物层，这样只能实现微米级的制备。针对此问题，复旦大学包文中教授课题组提出一种利用化学气相沉积（CVD）制备多层MoS₂薄层，进而改善所制备器件的相关性能。采用四探针法测量证明接触电阻降低一个数量级。进一步，基于该法制备的连续大面积MoS₂薄层，采用小型无掩膜光刻直写系统（MicroWriter ML3）构筑了顶栅极场效应晶体管（FET）阵列。研究表明其阈值电压和场效应迁移率均有明显的提升，平均迁移率可以达到70 cm²V^-1s^-1，可与层间剥离法制备的MoS₂ FET好结果相媲美。本工作创制了一种规模化制备二维TMD功能器件和集成电路应用的有效方法。 

图1 利用Microwriter制备的大面积规模级MoS₂ FET阵列，及其场效应迁移率和阈值电压的分布性测量结果。

引用文献：Hu Xu, Haima Zhang, Zhongxun Guo, Jianlu Wang, Weida Hu, David Wei Zhang, Wenzhong Bao, Peng Zhou, “High-Performance Wafer-Scale MoS2 Transistors toward Practical Application”. Small, 2018, 1803465(1-9).

■  无掩膜光刻系统MicroWriter在TMDCs双栅器件制备方面的应用

利用化学气相沉积（CVD）制备半导体型过渡金属二硫化物（TMD）是一种制备半导体器件的新途径，然而实现连续均匀的多层TMD薄膜制备仍然需要克服特殊的生长动力学问题。复旦大学包文中教授课题组利用多层堆叠（layer-by-layer）及转移工艺，制备出均匀、无缺陷的多层MoS₂薄膜。同时，利用无掩膜光刻直写系统（MicroWriter）在其基础上制备场效应晶体管（FET）器件。分别实现1层、2层、3层和4层MoS₂ FET的制备，并深入研究不同条件下器件的迁移率变化，终发现随着MoS₂堆叠层数的增加，电子迁移率随之增加，但电流开关比反而减小。综合迁移率和电流开关变化，2层/3层MoS₂ FET是优设计器件。此外，双栅极结构也被证明可以改善对多层MoS₂通道的静电控制。 

图1 (a) 背栅极MoS₂ FET阵列制备流程示意；(b) 利用无掩膜激光直写系统（MicroWriter）制备的MoS₂ FET器件的表面光学形貌（利用MicroWriter特有的虚拟掩膜对准技术(VMA)，可以高效直观地在感兴趣区域实现图形曝光）；(c-f) 不同结构的MoS₂ FET器件的输出特性及转移特性测量结果。

引用文献：Simeng Zhang, Hu Xu, Fuyou Liao, Yangye Sun, Kun Ba, Zhengzong Sun, ZhiJun Qiu, Zihan Xu, Hao Zhu, Lin Chen, Qingqing Sun, Peng Zhou, Wenzhong Bao, David Wei Zhang. Wafer-scale transferred multilayer MoS2 for high performance field effect transistors. Nanotechnology. 2019, 30, 174002.

更多应用案例更新中，敬请期待......