美國(guó)西北大學(xué)的納米科學(xué)家Chad A. Mirkin大規(guī)模制造了2008年北京夏季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)的會(huì)徽——共制造了1.5萬(wàn)個(gè)，所有這些會(huì)徽只占了1平方厘米的空間。

圖片來(lái)源：Northwestern University

Mirkin和他的同事利用一種稱為聚合物筆平版印刷術(shù)（PPL）的新型印刷技術(shù)制造了這些會(huì)徽和一個(gè)金的集成電路。PPL可以利用一種設(shè)備畫出三種不同的長(zhǎng)度尺寸。

研究結(jié)果8月14日在線發(fā)表于《科學(xué)》（Science）雜志上，它是一種迅速、廉價(jià)和簡(jiǎn)單的印刷納米、微米和毫米長(zhǎng)度尺寸的方法。

這種新的印刷方法可能在計(jì)算機(jī)工具（組成了這些工具的電子裝置）、醫(yī)學(xué)診斷（基因芯片和生物分子陣列）和制藥業(yè)（篩選候選藥物的陣列）等方面有用。

“在觀看奧運(yùn)會(huì)開幕式的時(shí)候，我很高興地看到開幕式凸顯了作為古代中國(guó)四大發(fā)明之一的印刷術(shù)，”Mirkin說(shuō)。他是溫伯格文理學(xué)院的George B. Rathmann教席化學(xué)教授、醫(yī)學(xué)教授以及材料科學(xué)和工程教授，Mirkin領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。

“我們認(rèn)為蘸筆納米平版印刷術(shù)——這是納米技術(shù)版本的羽毛筆——和如今的聚合物筆平版印刷術(shù)是西北大學(xué)的兩大發(fā)明。”

聚合物筆平版印刷術(shù)利用微小的聚合物制成的筆陣列以從納米觀到宏觀的分辨率在大面積上進(jìn)行印刷。通過(guò)簡(jiǎn)單地改變接觸壓力（和筆變形的程度）以及印刷時(shí)間，可以產(chǎn)生出不同直徑的點(diǎn)。（當(dāng)壓力消失的時(shí)候，筆頭會(huì)迅速回到原來(lái)的形狀。）

“在某種意義上，我們可以制作出從超細(xì)Sharpie®記號(hào)筆到平頭筆，”西北大學(xué)國(guó)際納米技術(shù)研究所的所長(zhǎng)Mirkin說(shuō)。“每一個(gè)聚合物筆的尖端都具有納米尺寸的銳度，但是如果我們向下用力按壓，筆尖就會(huì)變平。這讓我們?cè)谀苤圃斓慕Y(jié)構(gòu)方面擁有了很大的靈活性。”

對(duì)于這個(gè)奧運(yùn)會(huì)會(huì)徽，這組科學(xué)家利用了會(huì)徽的一個(gè)位圖，用一種稱為16-巰基十六烷基酸的“墨水”在金襯底上印出了1.5萬(wàn)個(gè)同樣的復(fù)制品。（這種墨水只有一個(gè)分子的厚度。）這只用了不到40分鐘。

這種會(huì)徽如此之小，以至于2500個(gè)會(huì)徽可以放在一粒大米上。“Beijing 2008”的字母和數(shù)字是由大約2萬(wàn)個(gè)直徑90納米的點(diǎn)組成的。然后，對(duì)筆施加更大的力，用大約4000個(gè)直徑600納米的點(diǎn)組成了那個(gè)寫意的人形以及奧林匹克五環(huán)。

這組科學(xué)家制造的集成電路擁有全部三種長(zhǎng)度尺寸的特征，完美地集成在了一起。制造這個(gè)電路用了大約2小時(shí)。對(duì)于奧運(yùn)會(huì)會(huì)徽，這些結(jié)構(gòu)是用同一個(gè)工具（也就是筆陣列，它們擁有墨水庫(kù)）多次印刷制成的。

聚合物筆平版印刷術(shù)簡(jiǎn)化并采用了現(xiàn)有的兩類最好的印刷技術(shù)——高套印精度和亞50納米分辨率的蘸筆納米平版印刷術(shù)（DPN）和微接觸印刷中用聚合物圖章轉(zhuǎn)印圖案。（Mirkin于1999年發(fā)明了DPN。）

PPL方法需要被印刷結(jié)構(gòu)（例如奧運(yùn)會(huì)會(huì)徽）的點(diǎn)陣圖像和一個(gè)原子力顯微鏡。這組科學(xué)家演示了至多擁有1100萬(wàn)支筆的陣列。