[发明专利]将纳米级和微米级物体组装成三维结构的方法

说明书

相关申请的交叉引用

依据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2015年6月8日提交的名为“组装纳米级和微米级物体(objects)的方法”的美国临时申请号62/172,315的优先权，出于所有目的通过引用的方式将其内容整体并入本文。

背景技术

现代材料科学的一个目标涉及从微米或纳米量级尺寸的微米级成分(elements)生产宏观尺度(macro-scale)的结构。可对此类结构进行定制，以使其具有使用常规制造技术不可获得的新机械性质、电学性质和光学性质。常规微米级制造工艺(例如半导体工业中使用的工艺)不能从微米级成分生产宏观尺度的结构。例如，常规半导体制造设备和工艺不能生产纵横比(aspect ratios)远远大于约50:1或约100:1的微米级成分。常规增材制造设备和工艺(通常称为“3D打印”)不能生产微米或纳米量级尺寸的物体，而且不能从微米级成分快速生产宏观尺度的结构。

发明内容

根据本文公开的方面，提供了将微米/纳米级物体组装成三维结构的方法。所述方法包括：在基底的表面上形成第一功能部分的图案(pattern)；使所述基底的表面与包含第一微米/纳米级原料成分的第一液体悬浮液接触，所述第一微米/纳米级原料成分在所述第一微米/纳米级原料成分的第一部分上经与所述第一功能部分互补的第二功能部分功能化，并在所述第一微米/纳米级原料成分的第二部分上经第三功能部分功能化；使所述第一液体悬浮液中的所述第一微米/纳米级原料成分的第一部分与所述基底的表面对齐(aligning)；以及促使所述第二功能部分结合至所述第一功能部分，以在所述基底的表面上形成所述第一微米/纳米级原料成分的第一介观结构(mesostructure)图案。所述方法进一步包括：使所述基底的表面上的所述第一微米/纳米级原料成分的所述第一介观结构图案与包含微米/纳米级接头原料成分的第二液体悬浮液接触，所述微米/纳米级接头原料成分在所述微米/纳米级接头原料成分的第一部分上经与所述第三功能部分互补的第四功能部分功能化，并在所述微米/纳米级接头原料成分的第二部分上经第五功能部分功能化；使所述第二液体悬浮液中的所述微米/纳米级接头原料成分的第一部分与第一组所述第一微米/纳米级原料成分的第二部分对齐；以及促使所述第四功能部分结合至所述第三功能部分，以在所述基底的表面上形成微米/纳米级物体的第二介观结构。所述方法进一步包括：使所述基底的表面上的微米/纳米级原料成分的所述第二介观结构图案与包含第二微米/纳米级原料成分的第三液体悬浮液接触，所述第二微米/纳米级原料成分在所述第二微米/纳米级原料成分的第一部分上经与所述第五功能部分互补的第六功能部分功能化，并在所述第二微米/纳米级原料成分的第二部分上经第七功能部分功能化；使所述第三液体悬浮液中的所述第二微米/纳米级原料成分的第一部分与第一组所述微米/纳米级接头原料成分的第二部分对齐；使所述第三液体悬浮液中的所述第二微米/纳米级原料成分的第二部分与第二组所述微米/纳米级接头原料成分的第二部分对齐；以及促使所述第六功能部分和所述第七功能部分结合至所述第五功能部分，以在所述基底的表面上形成微米/纳米级物体的三维结构。

在一些实施方式中，促使所述第四功能部分结合至所述第三功能部分以及促使所述第六功能部分和所述第七功能部分结合至所述第五功能部分包括：使所述第四功能部分、第五功能部分、第六功能部分或第七功能部分中至少一者的一些处于非结合状态。

在一些实施方式中，所述方法还包括使所述微米/纳米级物体的三维结构与包含第三微米/纳米级原料成分的第三液体悬浮液接触；使所述第三液体悬浮液中的所述第三微米/纳米级原料成分的第一部分与所述第二微米/纳米级原料成分的第三部分对齐并定位(positioning)；以及促使所述第三微米/纳米级原料成分的第一部分结合至所述第二微米/纳米级原料成分的第三部分。

在一些实施方式中，所述第三微米/纳米级原料成分的第一部分通过互补点击化学基团(click chemical groups)结合至所述第二微米/纳米级原料成分的第三部分。

在一些实施方式中，微米/纳米级原料成分的部分通过互补点击化学基团结合至其它微米/纳米级原料成分的部分。

在一些实施方式中，所述第三微米/纳米级原料成分的第一部分通过互补DNA链结合至所述第二微米/纳米级原料成分的第三部分。

在一些实施方式中，微米/纳米级原料成分的部分通过互补DNA链结合至其它微米/纳米级原料成分的部分。