纳米孔测序是一种新兴测序技术，具有超长读长和可进行实时数据采集的优势，能在短时间内有效地对各类临床标本进行宏基因组测序和病原体鉴定，具有良好的临床应用前景。
MEMS结构阵列作为纳米孔测序芯片中最重要的一环，每个微支架可支撑磷脂（DPhPC）双分子层膜和嵌入膜内的纳米孔蛋白。MEMS结构决定了纳米孔芯片在运输和使用过程中的稳定性。每个微支架与自身电极相对应，该电极连接至MEMS阵列芯片的通道上，传感器阵列可使用任何数量的通道来制造。在目前的纳米孔测序领域，MEMS阵列基本上都是采用传统光刻技术。
据麦姆斯咨询报道，为了创新该领域研究，上海大学和上海微技术工业研究院的研究团队开创性地采用了紫外纳米压印光刻（UV-NIL）工艺来实现生物纳米孔测序中的MEMS芯片设计与加工，为MEMS结构制造提供了一种新的思路。相较于传统光刻，UV-NIL的成功运用极大地提高了工艺稳定性并大幅缩减了成本。相关研究成果以“基于紫外纳米压印光刻的生物纳米孔测序MEMS芯片”为题发表在《传感器与微系统》期刊上。
纳米压印是一种微纳加工技术，它采用传统机械模具微复型原理，将压印胶涂在衬底上，然后压上印有特定图案的模具，以形成相应的纳米结构。纳米压印技术通过省略了对昂贵光源和精密镜头的需求，不仅降低了初始设备投资的门槛，同时减少了维护和操作的复杂性。此外，纳米压印的工艺流程更为简洁，减少了制造步骤，进一步降低了生产成本。这一突破性的进展为纳米孔测序系统的MEMS芯片制造提供了一种全新的、成本效益更高的解决方案。
在这项研究工作中，研究人员采用UV-NIL工艺验证实现了纳米孔测序系统中的MEMS芯片的可能性。研究人员采用传统光刻工艺，制造了3种用于纳米孔测序的MEMS双层结构的硅晶圆。这些硅晶圆被用作母板，将其MEMS结构图案精准复制到聚二甲基硅氧烷（PDMS）上，形成压印软模，再用UV-NIL工艺在硅基底上压印出所需的MEMS结构。
图1 用于纳米压印的3种MEMS结构
图2 UV-NIL工艺流程
图3 MEMS芯片成膜装置及DPhPC双分子薄膜构建示意图
研究人员通过光学显微镜观测及纳米孔微电流放大器测试电流变化，证实了UV-NIL工艺在制造MEMS芯片方面的有效性和可行性，验证了基于UV-NIL制造的MEMS结构在DPhPC双分子层薄膜构建中具有出色的应用潜力，这为后续在双分子层中嵌入生物纳米孔提供了一个稳定的平台。
图4 光学显微镜下3种结构成膜现
图5 电路导通表征电流
图6 成膜表征电流
图7 双分子层破裂后的电流变化
这项研究中UV-NIL技术的成功应用预示着生物纳米孔测序领域的一次重大飞跃。UV-NIL技术不仅提高了生产效率，降低了成本，还为未来MEMS结构设计的创新和优化提供了强大的动力，推动了生物医学和纳米制造技术的进一步发展。
论文信息：
DOI: 10.13873/J.1000-9787(2024)08-0079-04
