面向高性能表面增强拉曼生物传感的AFM机器人一体化加工方法
批准号:
62103288
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李萌
依托单位:
学科分类:
机器人学与智能系统
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李萌
中文摘要
表面增强拉曼散射(SERS)生物传感技术凭借灵敏、无损性等优点在疾病早期诊断领域受到广泛关注。然而SERS检测存在高灵敏和高重现性之间的互抑矛盾,阻碍SERS器件发展和实际应用。不同于现有仅围绕金属结构改进的加工方法,本申请以二维材料为切入点,利用二维材料与晶向相关的特性制备高比表面积且高密度均匀分布热点的固态复合SERS基底,探索灵敏度和重复性互抑矛盾的解决方法。基于AFM纳米机器人微纳操控平台,研究二维材料与金属结构协同调控的性能提升方法,建立闭环反馈动态控制与同步传输亚表面定位机制,形成二维材料晶向在线检测-晶向调控闭环原位加工-纳米金属结构定向与精准沉积的一体化加工方法,提高复合SERS基底拉曼增强性能、均一性,改善SERS器件灵敏度及信号重现性;制备SERS原型器件,验证所提出方法对解决灵敏度和重现性互抑矛盾、提升器件性能的有效性,促进多学科融合,推动SERS器件的实际应用进程。
英文摘要
Surface enhanced Raman scattering (SERS) biosensor technology has attracted extensive attention in the field of early diagnosis of diseases due to its advantages of sensitivity and non-destructive detecting. However, there is a contradiction between high sensitivity and high reproducibility in SERS detection, which hinders the development and practical application of SERS devices. Different from the existing processing method that only focuses on the improvement of metal structure, the application takes two-dimensional materials as the breakthrough point, and adopts the two-dimensional materials characteristics that related to crystal orientation to prepare solid composite SERS substrate with high specific surface area and high density uniformly distributed hot spots, exploring the solution to the contradiction between sensitivity and repeatability. Based on AFM nanorobot micro-nano manipulation platform, the performance improvement method of collaborative control of two-dimensional materials and metal structures is studied, and the closed-loop feedback dynamic control and synchronous transmission sub-surface positioning mechanism are established. The integrated processing method of two-dimensional materials orientation online detection, orientation control, closed-loop in-situ processing, and precise nano metal structure deposition with target orientation is formed, which can not only improve the Raman enhancement and homogeneity of the composite SERS substrate, but also the sensitivity and signal reproducibility of SERS devices. The prototype SERS devices were fabricated to verify the effectiveness of the proposed method in solving the contradiction between sensitivity and reproducibility, improving device performance, and promoting the practical application process of SERS devices through the multidisciplinary integration.
在生物传感技术飞速发展的今天,通过疾病标志物的高灵敏、可重现性测定,实现疾病的及时诊断与治疗,提高病患生存率。在众多生物传感技术中,表面增强拉曼散射(SERS)具有灵敏度高、无损性检测等显著优点,凭借灵敏、无损性等优点在疾病早期诊断领域受到广泛关注,该技术可在分子水平提供待测生化物质信息,在疾病早期诊断领域展现出巨大发展潜力。 本研究以具备优异的电学特性及生物兼容特性的石墨烯、二硫化钼等二维材料为研究对象,针对不同工作环境下,真空、标准760 托尔氮气、氧气条件下二维材料的电学性能变化开展了详细研究,发现了湿度对二维材料电学I-V特性会产生10倍量级的重要影响;同时,为了实现高性能生物传感性能检测,研究过程中开展了基于声流控微纳加工技术研究,提出了一种多参数可调节的超声石英微探针阵列制备方法,可构成一至三个范围内、任意探针个数,且可呈现15°、30°、45°的三种探针下探角度,从而获得与针尖特征参数相对应的200nm-100微米范围区域的局域化声流场震源,从而有望用于高精密生物信号检测及加工应用,该项研究申请了专利;在此基础上,基于超声辅助AFM空间多频耦合放大及633nm激光技术实现了100nm-300nm粒径范围的纳米颗粒自组装技术以及基于肽链的超分子光动力生物细胞治疗方法;最后,为解决生物信息接口的信号敏感度低、信噪比和稳定性差的问题,提出了一些高性能新型纳米材料电子传感器件模型,包括新型单栅极控制的可编程浮栅可重构场效应晶体管、基于S/D的互补低肖特基势垒纳米级无掺杂双向可重构场效应晶体管,结构优化H‑栅型高肖特基势垒双向隧道晶体管等一系列新型纳米材料电子传感器件模型,上述研究成果为初步构建类生命感知接口,实现基于单细胞的无损、宽频谱信息感知,以及在未来开展类生命机器人感知的基础研究及生物型传感器的前沿探索提供可靠的纳米尺度范围测量方法和技术途径。
基于AFM机器人的晶圆级芯片缺陷增强成像方法
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批准号:62571348
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项目类别:面上项目
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资助金额:49.00万元
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批准年份:2025
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负责人:李萌
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依托单位:
国内基金
海外基金