一种光刻胶及其应用方法与流程

本发明属于电子信息技术和生物医学技术领域，涉及一种光刻胶及其应用方法，特别是涉及一种基因重组蜘蛛丝蛋白光刻胶及其应用方法。

背景技术：

光刻技术是现代半导体、微电子、信息产业的基础，光刻胶是光刻技术中的关键材料，主要应用于集成电路和半导体分立器件的细微加工。通过电子束、离子束、紫外光、深紫外光、X射线等光照或辐射，经光化学反应，光刻胶在显影液中的溶解性发生变化，曝光后，光刻胶在显影液中溶解性增加，得到与掩膜版相同图形的称为正性光刻胶；曝光后，光刻胶在显影液中溶解性降低甚至不溶，得到与掩膜版相反图形的称为负性光刻胶。目前广泛商用的光刻胶多为人工合成聚合物，生物相容性差，在生产时往往产生大量的有毒有害物质，当进一步用于光刻工艺时，需配套使用特定的有机溶剂和显影液，其光化学反应产物多数对人体有毒害作用，长期、大量的排放将会对生态造成严重的破坏，不利于经济和环境的可持续发展，不能适应国家大力发展绿色GDP的基本要求。

基因重组蜘蛛丝蛋白不仅具有高弹性、高强度和高断裂功等优点，还具有生物可降解性、超收缩性、耐高温和耐低温及与生物组织的相容性等特性。这些独特的物理和生物学特性都可通过针对性设计基因重组蜘蛛丝蛋白的编码基因来实现，其在医学、军事和纺织等方面都有着广泛应用。虽然蜘蛛难以饲养及无法群居，但根据蜘蛛丝蛋白的结构特点，将其编码基因导入微生物、动物或植物，已成功实现蜘蛛丝蛋白的表达，大幅提高了蜘蛛丝蛋白的质量和产量。研究发现，蜘蛛丝蛋白中二级结构反平行β-折叠与蛛丝蛋白分子在水中的溶解性密切相关，因此，通过调节这一关键结构在蜘蛛丝蛋白中的比例，可精准控制其水溶性。

基于上述情况，将基因重组蜘蛛蛋白作为光刻胶使用，不仅可以满足当前对绿色光刻技术的发展需求，还可以用于直接制备具有生物相容性、可降解性、力学性能优异的基因重组蜘蛛丝蛋白功能结构，进一步扩展到人体植入式可降解微芯片、生物光电传感等应用，在电子信息技术和生物医学领域都具有极其重要的意义。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光刻胶及其应用方法，用于解决现有技术中环境友好性差、人体危害性大、生物相容性和可降解性差等一系列问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光刻胶，所述光刻胶为基因重组蜘蛛丝蛋白。

作为本发明光刻胶的一种优化的方案，所述基因重组蜘蛛丝蛋白的分子量为1～500KDa。

作为本发明光刻胶的一种优化的方案，所述基因重组蜘蛛丝蛋白的形态为液体或者固体粉末。

本发明还提供一种光刻胶的应用方法，所述应用方法包括：

1)将所述光刻胶溶于水中，所述光刻胶为基因重组蜘蛛丝蛋白，从而形成基因重组蜘蛛丝蛋白水溶液；

2)提供一基底，将所述基因重组蜘蛛丝蛋白水溶液涂覆于所述基底上，干燥并固化形成基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜；

3)对所述基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜进行曝光；

4)将所述曝光后的基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜样品置于水中显影并干燥，获得基因重组蜘蛛丝蛋白结构；

作为本发明光刻胶的应用方法的一种优化的方案，在所述步骤2)和3)之间，还包括对所述基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜进行交联化处理的步骤，经过交联化处理步骤的所述基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜仅作为正胶使用，否则作为负胶使用。

作为本发明光刻胶的应用方法的一种优化的方案，所述步骤1)中的水为超纯水，电阻率不小于18MΩ·cm。

作为本发明光刻胶的应用方法的一种优化的方案，所述基因重组蜘蛛丝蛋白水溶液的浓度为1μg/L～1g/ml。

作为本发明光刻胶的应用方法的一种优化的方案，所述步骤2)中，所述涂覆为滴涂或者旋涂，滴涂时所用基因重组蜘蛛丝蛋白体积为0.1～1000μL；旋涂时所用基因重组蜘蛛丝蛋白体积为0.1～1000μL，转速为1～10000r/min，旋涂时间为1s～1h。

作为本发明光刻胶的应用方法的一种优化的方案，所述步骤2)中，采用15～35℃干燥，干燥时间0.1h～48h；固化采用烘箱加热，固化温度为70～130℃，固化时间0.1～300min。

作为本发明光刻胶的应用方法的一种优化的方案，所述交联化处理方式为交联剂处理或者水蒸气退火处理，采用的交联剂为甲醇，交联时间为1s～1000h；采用水蒸气退火，退火温度为1～100℃，时间为1s～1000h，压力为-100KPa～100KPa。

作为本发明光刻胶的应用方法的一种优化的方案，所述步骤3)中，所述曝光为电子束曝光或者聚焦离子束曝光，电子束曝光的加速电压为0.1～200kV，束流为0.1～1000pA，曝光剂量为0.1～10⁷μC/cm²；聚焦离子束的加速电压为1～200kV,束流为1～10000pA,曝光剂量为0.1～10⁸μC/cm²。

作为本发明光刻胶的应用方法的一种优化的方案，所述步骤4)中，所述显影所用为超纯水，电阻率不小于18MΩ·cm，显影时间为1s～10h，干燥方式为25℃常压下干燥，时间1s～100h

如上所述，本发明的光刻胶及其应用方法，具有以下有益效果：

与传统的光刻胶相比，基因重组蜘蛛丝蛋白光刻胶具有生物相容性好、力学性能优异、抗刻蚀选择性好、易功能化、可控降解等一系列突出的优势。使用过程中，仅以水作为溶剂和显影液，最大限度保证了加工工艺的兼容性和环境友好性；通过改变基因重组蜘蛛丝蛋白的交联程度，可以实现“正负两用”，既可以作正胶，亦可以作负胶；联合不同加工方法，可实现“从上而下，从下而上”复合式加工，制备多维度、跨尺度生物微纳结构，具有较好的应用开发前景。

附图说明

图1为本发明基因重组蜘蛛丝蛋白结构作为负胶的应用方法工艺流程图。

图2为本发明基因重组蜘蛛丝蛋白结构作为正胶的应用方法工艺流程图。

图3为实施例一中加工所得基因重组蜘蛛丝蛋白结构作为正胶的扫描电镜照片。

图4为实施例一中加工所得基因重组蜘蛛丝蛋白结构作为负胶的扫描电镜照片。

图5为实施例二中加工所得基因重组蜘蛛丝蛋白结构作为正胶的扫描电镜照片。

图6为实施例二中加工所得基因重组蜘蛛丝蛋白结构作为负胶的扫描电镜照片。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种光刻胶，所述光刻胶为基因重组蜘蛛丝蛋白。所述基因重组蜘蛛丝蛋白既可以作为正胶也可以作为负胶使用。正胶经过曝光后，受到光照的部分变得容易溶解，经过显影后被溶解，只留下未受光照的部分形成图形；而负胶却恰恰相反，经过曝光后，受到光照的部分会变得不易溶解，经过显影后，留下光照部分形成图形。

作为示例，所述基因重组蜘蛛丝蛋白的分子量为1～500KDa。

作为示例，所述基因重组蜘蛛丝蛋白的形态为液体或者固体粉末。

本发明还提供一种光刻胶的应用方法，图1为负胶应用流程图，图2为正胶应用流程图。下面通过两个具体实施例进行说明。

实施例一

本实施例提供一种光刻胶的应用方法，所述光刻胶为基因重组蜘蛛丝蛋白MaSp1。本实施例中，所述光刻胶通过电子束曝光进行加工，图3和图4为加工所得基因重组蜘蛛丝蛋白结构的扫描电镜照片，其中图3为正胶，图4为负胶，具体步骤为：

首先执行步骤S1，将基因重组蜘蛛丝蛋白溶解于水中，形成基因重组蜘蛛丝蛋白水溶液。

本实施例中，所述基因重组蜘蛛丝蛋白的分子量为125KDa，为固体粉末，水为超纯水，电阻率为18.25MΩ·cm。

执行步骤S2，提供一基底，将所述基因重组蜘蛛丝蛋白水溶液涂覆于基底上，干燥并固化形成基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜。

本实施例中，所述基因重组蜘蛛丝蛋白水溶液的浓度为20mg/mL，涂覆方式采用旋涂，所用基因重组蜘蛛丝蛋白体积为50μL，转速为4000r/min，旋涂时间为60s，室温干燥，25℃，24h，烘箱加热固化，120℃，20min。

当基因重组蜘蛛丝蛋白用作正胶时，执行步骤S0，对基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜进行交联化处理；用作负胶时，忽略此步骤。

本实施例中，所述交联化处理方式为水蒸气退火，退火温度为25℃，时间为24h，压力为-100KPa。

执行步骤S3，设定电子束曝光参数，对所述基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜进行曝光。

本实施例中，所述电子束曝光的加速电压为30kV，束流为1pA，曝光剂量为10～10000μC/cm²。

执行步骤S4，将所述曝光后基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜样品置于水中显影并干燥，获得基因重组蜘蛛丝蛋白结构。

本实施例中，所述显影液为超纯水，电阻率为18.25MΩ·cm，显影时间为120s，干燥方式为25℃常压下干燥，时间1h。

实施例二

本实施例提供一种光刻胶的应用方法，所述光刻胶为基因重组蜘蛛丝蛋白MaSp2。本实施例中，所述光刻胶通过离子束曝光进行加工。图5和图6为加工所得基因重组蜘蛛丝蛋白结构的扫描电镜照片，其中图5为正胶，图6为负胶，具体步骤为：

首先执行步骤S1，将基因重组蜘蛛丝蛋白溶解于水中，形成基因重组蜘蛛丝蛋白水溶液。

本实施例中，所述基因重组蜘蛛丝蛋白的分子量为100KDa，为固体粉末，水为超纯水，电阻率为18.25MΩ·cm。

执行步骤S2，将基因重组蜘蛛丝蛋白水溶液涂覆于基底上，干燥并固化形成基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜。

本实施例中，所述基因重组蜘蛛丝蛋白水溶液的浓度为30mg/mL，涂覆方式采用旋涂，所用基因重组蜘蛛丝蛋白体积为60μL，转速为5000r/min，旋涂时间为30s，室温干燥，25℃，24h，烘箱加热固化，120℃，30min。

当基因重组蜘蛛丝蛋白用作正胶时，执行步骤S0，对基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜进行交联化处理；用作负胶时，忽略此步骤。

所述交联化处理为利用交联剂甲醇处理，具体是将所述基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜样品浸入到纯甲醇中，时间为1h。

执行步骤S3，设定离子束曝光参数，对所述基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜进行曝光。

本实施例中，所述离子束曝光的加速电压为30kV，束流为1.1pA，曝光剂量为1～5000μC/cm²。

执行步骤S4，将所述曝光后基因重组蜘蛛丝蛋白薄膜样品置于水中显影并干燥，获得基因重组蜘蛛丝蛋白结构。

本实施例中，所述显影液为超纯水，电阻率为18.25MΩ·cm，显影时间为60s，干燥方式为25℃常压下干燥，时间1h。

综上所述，本发明提供一种光刻胶及其应用方法，所述光刻胶为基因重组蜘蛛丝蛋白，与传统的光刻胶相比，基因重组蜘蛛丝蛋白具有生物相容性好、力学性能优异、抗刻蚀选择性好、易功能化、可控降解等一系列突出的优势。使用过程中，仅以水作为溶剂和显影液，最大限度保证了加工工艺的兼容性和环境友好性；通过改变基因重组蜘蛛丝蛋白的交联程度，可以实现“正负两用”，既可以作正胶，亦可以作负胶；联合不同加工方法，可实现“从上而下，从下而上”复合式加工，制备多维度、跨尺度生物微纳结构，具有较好的应用开发前景。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。