電子束光刻精度極高，通常是二維微納加工獲得最小尺寸的標準工具，如何把電子束光刻的能力拓展到真三維微納加工是研究的努力方向。相較于傳統(tǒng)電子束光刻用高電壓(幾十kV)和薄膠(幾十納米)以保證光刻的準直度和分辨率，中國科學院上海微系統(tǒng)所研究員陶虎團隊反其道而行，從低電壓(幾kV)和厚膠(幾微米)入手，與上海交通大學教授夏小霞、錢志剛合作，創(chuàng)新開發(fā)出基因重組蜘蛛絲蛋白光刻膠，優(yōu)化重組蜘蛛絲基因片段和分子量，結合基于百萬級數量電子的大規(guī)模仿真模擬，實時控制加速電壓調控電子在絲蛋白光刻膠里的穿透深度、停留位置和能量吸收峰，實現了分子級別精度的真三維納米功能器件直寫。該技術加工精度可達14 nm，接近天然絲蛋白單分子尺寸(~10 nm)，較之前技術提升了1個數量級。蜘蛛絲蛋白優(yōu)異的機械強度為復雜三維納米結構提供了關鍵支持，良好的生物相容性允許進一步通過功能化，實現可載藥、可驅動、可降解的4D納米功能器件(時空可變形)，在智能仿生感知、藥物遞送納米機器人、類器官芯片等研究領域具有明確的應用前景。

上海微系統(tǒng)所在3D電子束光刻技術研究中取得進展

8月26日，相關研究成果以3D electron-beam writing at sub-15 nm resolution using spider silk as a resist為題，發(fā)表在Nature Communications上。該工作的第一通訊單位是上海微系統(tǒng)所。研究工作得到科技創(chuàng)新2030-重大項目、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金優(yōu)秀青年科學基金、中科院基礎前沿科學研究計劃“從0到1”原始創(chuàng)新項目、上海市優(yōu)秀學術帶頭人計劃等的支持。

至此，陶虎團隊已基本完成絲蛋白全套二維和三維微納加工體系的建立，包括2D & 3D電子束光刻、2D & 2.5D離子束光刻、2D紫外光刻、2D近場光刻、2D & 3D軟光刻、2D & 3D納米壓印、2D & 3D自組裝、2D噴墨打印，涵蓋納米、微米到毫米以及晶圓級尺度，實現了絲蛋白從傳統(tǒng)紡織材料到醫(yī)用材料再到集成電路和傳感器材料的轉身。