浸筆式納米光刻（DPN）是一種掃描探針光刻技術，其中原子力顯微鏡（AFM）尖端用于使用多種墨水在一系列物質上直接創建圖案。該技術的一個常見示例是使用鏈烷硫醇鹽壓印在金表面上。該技術允許在100?納米以下的規模上進行表面構圖??。DPN是蘸水筆（也稱為鵝毛筆）的納米技術類似物，原子力顯微鏡的懸臂尖端位于其中用作“筆”，涂有用作“油墨”的化合物或混合物，并與基材“紙”接觸。

浸筆式納米光刻能夠以靈活的方式將納米級材料直接沉積到基板上。最近的進展表明，使用55,000個尖端的二維陣列進行了大規模的并行構圖。目前，該技術的應用范圍涵蓋化學、材料科學和生命科學，包括超高密度生物納米陣列和附加光掩模修復等工作。

Jaschke和Butt于1995年首次報道了分子'墨水'從涂層AFM尖端到基底的不可控制的轉移，但他們錯誤地得出結論，烷硫醇無法轉移到金基底上以形成穩定的納米結構。由查德·米爾金（Chad Mirkin）領導的西北大學研究小組獨立研究了該過程，并確定在適當的條件下，分子可以被轉移到各種各樣的表面上，從而在被稱為“ DPN”的高分辨率光刻過程中形成穩定的化學吸附單層。 。Mirkin及其同事在此過程中擁有專利，并且圖案化技術已經擴展到包括液體“墨水”。重要的是要注意，與“分子墨水”相比，“液體墨水”受非常不同的沉積機理支配。

分子墨水通常由涂在DPN筆尖上的小分子組成，并通過水彎液面傳遞到表面。為了涂覆的尖端，一個可以蒸氣涂覆尖端或蘸尖端到含有分子墨水中的稀溶液。如果將筆尖浸涂一次，則必須在沉積之前除去溶劑。分子墨水的沉積速率取決于分子的擴散速率，每個分子的擴散速率都不同。特征的大小由筆尖/表面的停留時間（從毫秒到秒）和水彎月面的大小控制，水彎月面的大小由濕度條件決定（假設筆尖的曲率半徑比彎月面小得多） 。

• 水彎月面介導（確實存在例外）
• 納米級特征分辨率（50 nm至2000 nm）
• 沒有多重沉積
• 每種分子墨水都限于其相應的基材

• 烷烴硫醇寫入黃金
• 寫入玻璃或硅的硅烷（固相）

液體油墨可以是在沉積條件下為液體的任何材料。液體沉積性質由液體和尖端，液體和表面之間的相互作用以及液體本身的粘度決定。這些相互作用將液體墨水的最小特征尺寸限制為大約1微米，具體取決于液體的接觸角。較高的粘度提供了對特征尺寸的更大控制，這是合乎需要的。與分子墨水不同，可以使用載液進行多重沉積。例如，使用粘性緩沖液，可以同時直接沉積多種蛋白質。

• 1-10微米功能分辨率
• 多路沉積
• 對油墨/表面的要求較少
• 直接沉積高粘度材料

• 蛋白質、肽和DNA模式
• 水凝膠
• 溶膠凝膠
• 導電油墨
• 脂質
• 寫入玻璃或硅的硅烷（液相）

為了定義一個好的DPN應用程序，重要的是要了解DPN可以做其他技術不能做的事情。像接觸式打印這樣的直接寫技術可以對多種生物材料進行圖案化，但是不能創建具有亞細胞分辨率的特征。許多高分辨率光刻方法可以在亞微米分辨率下進行圖案化，但是這些方法需要的高成本設備并非為生物分子沉積和細胞培養而設計。微接觸印刷可以在環境條件下印刷生物分子，但無法通過納米級套準對多種材料進行圖案化。

1. 生物傳感器功能化-將多個捕獲域直接放置在單個生物傳感器設備上
2. 納米級傳感器制造-小型高價值傳感器，可以檢測多個目標
3. 納米級蛋白質芯片-具有更高靈敏度的高密度蛋白質陣列

浸筆式納米光刻逐漸成為以亞細胞分辨率操縱細胞的強大研究工具

• 干細胞分化
• 亞細胞藥物遞送
• 細胞分選
• 表面漸變
• 亞細胞ECM蛋白模式
• 細胞粘附

• 等離子和超材料
• 細胞和組織篩選

DPN是一種直接寫入技術，因此可用于自上而下和自下而上的光刻應用。在自頂向下的工作中，尖端用于將抗腐蝕劑輸送到表面，然后進行標準的腐蝕工藝。在自下而上的應用中，感興趣的材料通過尖端直接傳遞到表面。

• 定向放置-通過納米級注冊表將各種材料直接打印到現有的納米和微結構上
• 直接寫入-無掩模創建任意圖案，特征分辨率小至50 nm，大至10微米
• 生物相容性-在環境沉積條件下亞細胞到納米級的分辨率
• 可擴展-不受力限制，允許平行沉積

還已經證明了浸入式光刻技術的加熱探針尖端版本，即熱浸入式光刻技術（tDPL），用于沉積納米顆粒。可以通過此方法將半導體、磁性、金屬或光學活性納米粒子寫入基板。顆粒懸浮在PMMA或等效的聚合物基質中，并由探針尖端加熱，直到它們開始流動。探針充當納米筆，可以將納米顆粒圖案化為程序化的結構。取決于納米顆粒的尺寸，獲得了78-400nm的分辨率。O?₂等離子體蝕刻可用于去除PMMA基質，在氧化鐵納米顆粒的情況下，可將線的分辨率進一步降低至10 nm。tDPL的獨特優勢在于，它是一種無掩模添加劑工藝，可實現非常窄的分辨率，并且無需特殊的溶液制備技術即可輕松寫入多種類型的納米顆粒。但是，此方法有局限性。納米粒子必須小于聚合物的回轉半徑，在PMMA的情況下，約為6 nm。另外，隨著納米顆粒尺寸的增加，粘度增加，從而減慢了該過程。對于純聚合物，沉積速度可以達到200μm/ s。添加納米顆粒可將速度降低至2μm/ s，但仍比常規浸入式光刻法更快。

（PDMS）可變形透明金字塔形尖端的二維陣列涂有一層不透明的金屬層。然后將金屬從金字塔的最頂端移走，留出一個小孔讓光線通過。然后在整個表面上掃描該陣列，并通過微鏡陣列將光引導到每個金字塔的底部，該微鏡陣列將光集中到尖端。根據尖端和表面之間的距離，光以近場或遠場方式與表面相互作用，從而可以制造亞衍射尺度特征（400 nm光線具有100 nm的特征）或更大的特征。

對DPN最經常的批評是構圖速度。造成這種情況的原因更多是與將其與其他技術進行比較相比，而不是任何固有的弱點。例如，軟光刻法微接觸印刷（μCP）是低成本、臺式微尺度和納米級圖案化的當前標準，因此很容易理解為什么直接將DPN與微接觸印刷進行比較。問題在于，這些比較通常基于非常適合μCP的應用程序，而不是將它們與某些中立應用程序進行比較。μCP能夠像光刻一樣在單個沖壓步驟中在大面積上對一種材料進行構圖一次曝光即可在大面積上成像。與其他技術相比，DPN當然很慢。DPN是一種無掩模直接寫入技術，可用于在單個基板上創建大小、形狀和特征分辨率不同的多個圖案。沒有人會嘗試將微接觸印刷應用于這樣的項目，因為那樣一來，為每種新圖案制造每個主印模就不需要花費時間和金錢。即使他們這樣做了，微接觸印刷也無法將具有納米級套準的多個印章中的多種材料對齊。理解這種誤解的xxx方法是考慮應用光刻和電子束光刻的不同方法。沒有人會嘗試使用電子束來解決光刻問題，然后聲稱電子束“太慢”。與光刻的大面積構圖能力直接相比，電子束光刻的速度很慢，但是，電子束儀器可以在世界上每個實驗室和納米工廠中找到。其原因是因為電子束具有光刻無法比擬的獨特功能，就像DPN具有微接觸印刷無法比擬的獨特功能一樣。

浸筆式納米光刻是直接從AFM演變而來的，因此人們常常以為任何商業AFM都能進行DPN實驗就不足為奇了。實際上，DPN不需要AFM，并且AFM不一定具有真正的DPN功能。掃描電子顯微鏡（SEM）和電子束（E-beam）光刻技術是一個很好的類比。電子束是直接從SEM技術發展而來的，都使用聚焦電子束，但是在缺乏適當的光刻硬件和軟件組件的SEM上無法進行現代電子束光刻實驗。

考慮DPN的獨特特征之一，即其力量獨立性也很重要。使用幾乎所有墨水/基材組合，無論筆尖向下壓在表面上的力度如何，都將圖案化相同的特征尺寸。只要使用堅固的SiN吸頭，就不需要復雜的反饋電子設備，不需要激光器，不需要四極光電二極管，也不需要AFM。