微纳加工技术新进展
真空二流体蚀刻原理
真空二流体蚀刻原理真空二流体蚀刻原理引言：真空二流体蚀刻（Vacuum Electrolytic Etching，缩写为VEE）是一种常见于微纳加工领域的表面处理技术。
该技术利用电解液在真空环境下进行蚀刻，能够实现高精度、高均匀性和高速度的表面处理。
本文将深入探讨真空二流体蚀刻的原理、应用及其优势。
一、真空二流体蚀刻的基本原理真空二流体蚀刻是在真空环境下进行的一种电解蚀刻技术。
其基本原理如下：首先，通过真空系统将蚀刻槽内的气体和杂质排出，以保证蚀刻液和被蚀刻样品处于纯净的真空环境下。
其次，通过两根电极将电解液引入蚀刻槽，并将被蚀刻的样品作为“工作电极”接入电路中。
在真空电解液的作用下，样品表面的金属离子会被溶解，并随着电解液的流动被带走，实现蚀刻作用。
最后，通过对电极之间的电压和电流进行控制，可以调节蚀刻速率、蚀刻均匀性和蚀刻深度，从而实现对样品表面的精确处理。
二、真空二流体蚀刻的应用领域真空二流体蚀刻技术在微纳加工领域有着广泛的应用。
以下是该技术的几个典型应用领域：1. 光子学器件加工：真空二流体蚀刻技术可用于制备光纤器件、光纤耦合器、光波导等光子学器件。
通过蚀刻细致的结构和微米级的图案，可以实现对光传输和光耦合的精确控制。
2. 微电子器件加工：真空二流体蚀刻技术可用于制备微电子器件，如微电子通道、微电子电极、微电子传感器等。
通过对深度、形状和尺寸的控制，可以实现微电子器件的高精度制备。
3. 生物医学应用：真空二流体蚀刻技术可用于制备生物医学血管支架、人工关节、生物芯片等生物医学器件。
通过对材料的微米级图案雕刻，可以实现对细胞生长和组织修复的精确控制。
4. 太阳能电池制备：真空二流体蚀刻技术可用于制备太阳能电池的正负极材料和导电层。
通过对电池材料的纳米级图案蚀刻，可以提高电池的光吸收和转换效率。
三、真空二流体蚀刻的优势真空二流体蚀刻技术相对于传统的蚀刻技术具有以下几个显著优势：1. 高精度和高均匀性：真空环境下不受气体和杂质的干扰，能够获得高精度的表面处理结果。
微纳光子学技术的新进展
微纳光子学技术的新进展近年来，微纳光子学技术在各个领域得到了迅速发展。
微纳光子学是一种综合性的学科，主要涉及到微型和纳米级别下的光学现象，通过对微型和纳米级别的结构进行设计和制备来实现对光学性能的调控。
该技术已经在通信、能源、生物医学、环境监测等领域广泛应用，成为当今科技发展的热点之一。
一、微纳光子学技术的现状微纳光子学技术是一个较为年轻的学科，相对于传统的微电子技术和光学技术来说，仍然处于探索和发展阶段。
目前，微纳光子学技术的研究主要集中在分析光在微纳级别下的行为，以及通过设计和制备微型和纳米结构来对光进行调控。
近年来，该领域取得的许多成果得到了广泛关注。
比如，在信息通信领域，微纳结构的制备和集成可以在光纤通信中实现高速传输和稳定传输。
在能源领域，利用微纳结构的光吸收性能和光催化性能，可以提高太阳能电池和光电催化器的效率。
在生物医学领域，微纳结构的光学成像和光治疗应用也受到了越来越多的关注。
当前，微纳光子学技术的一个主要挑战是如何制备出可控性高、复杂度大、成本低的微纳结构。
同时，微纳结构的设计和制备也需要继续改进和创新，以实现更精准、高效的光学性能调控。
这些挑战需要科研人员和工程师共同努力解决。
二、微纳光子学技术的新进展1. 基于拓扑纳米光学的研究拓扑纳米光学是近年来微纳光子学领域的一个热点。
通过设计和制备具有拓扑性的微纳结构，可以实现光学模式的跨越、传输的无损耗、以及光学信息的高度保护等功能。
近期，该领域取得了不少进展。
比如，研究人员利用微球状腔共振器和空间光调制技术，成功实现了拓扑梯度折射率微系统的实现。
该系统能够实现奇异拓扑现象和非线性光学效应的控制，为拓扑纳米光学的应用提供了新的思路。
此外，利用频率差值合成的拓扑干涉，实现了具有约定模式的高精度应变传感器，可以在生物医学和制造业等领域中得到应用。
2. 基于超表面的研究超表面是另一个近期快速发展的领域。
超表面的基本结构是由大量微型元器件构成的，它能够实现光学极化、偏振反射、透射等调控，并且具有可重构性和可扩展性等优势。
微纳系统技术的研究与发展
微纳系统技术的研究与发展随着人类对科学技术的不断探索和深入研究，微纳系统技术逐渐走进了人们的视野。
微纳系统技术是指将微观世界与纳米尺度物理特性相结合，通过制备和集成微小尺寸的电子、光电子、机械和生物元件，实现对微小领域形态、结构、功能和性能的控制和调控。
它既是新兴的核心技术领域，又是现代科技创新的重要推动力量。
在本文中，我们将展开微纳系统技术的研究和发展，以及其在实际应用中所展现出的强大威力。
一、微纳系统技术研究的意义作为一个新兴的领域，微纳系统技术具有许多独特的特点和优势。
首先，它可以将微型电子、光电子、机械和生物元件集成起来，形成一个高度集成的系统，实现对局部原始数据、信号和信息的高效率采集、处理和传输。
这样可以大幅度提高设备的工作效率和性能。
其次，微纳系统技术具有结构简单化、操作易于实现、制备工艺简单、空间体积小等优点，使它在日常生活、医疗保健等方面应用广泛。
例如，微纳器件可以被应用于医疗中的诊断和治疗，如使用微纳针头收集血样，进行细胞分离和检测等。
同时，微纳系统技术也可应用于机器人、自动化智能控制、无线通信等领域。
最后，微纳系统技术研究也是未来智能化、绿色生产和高效能源利用方面的重要支撑。
具有很大的技术创新潜力和广阔的市场前景。
二、微纳系统技术的研究进展近年来，微纳系统技术的研究进展迅速，主要体现在以下几个方面。
1.微纳加工微纳加工是微纳系统技术最基础和关键的技术之一。
现在，微纳加工已经经历了从传统工艺到先进工艺的发展。
常见的微纳加工技术包括光刻、薄膜沉积、离子注入、激光切割和高分子工艺等，其中光刻技术是微纳加工的核心技术。
2.微纳结构微纳结构是微纳系统技术中的重要组成部分之一。
微纳结构是指微观世界中的各种形态和结构特征，例如：微梁、微环、微槽、微阱等等。
微纳结构的设计和制备是微纳系统技术中的难点。
近年来研究者通过应用新材料、新加工工艺和新设计思路，大大地提高了微纳结构的制备精度和复杂度。
我国微纳技术研究和发展现状及趋势
我国微纳技术研究和发展现状及趋势微纳技术，是指制备和操作尺度在微米和纳米级别的物质或器件的技术和方法。
作为新材料、新能源、新医药、新电子、新生命科学等领域的基础性技术，微纳技术在世界范围内受到广泛关注。
我国微纳技术在国家发展战略中具有重要战略地位，发展前景广阔。
一、我国微纳技术研究现状1.研究进展目前，我国微纳技术研究已经有一定的进展。
在科研机构方面，包括中科院、清华大学、北大、复旦等高校和科研单位，在微纳技术领域均有自己的研究方向和成果。
同时，一大批微纳技术企业已经涌现，涉及电子、制造、生物医药等领域。
这些企业通过各种形式的合作，促进了我国微纳技术的发展速度。
2.主要应用我国微纳技术主要应用在电子信息、新材料等领域。
在电子信息领域，微纳技术用于半导体、光电、MEMS等领域。
新材料领域，微纳技术主要用于生物药物、石墨烯、合金等领域。
在其他领域，比如医疗、环保、食品等也有应用。
3.存在问题我国微纳技术在研究和应用方面还存在不少问题。
首先，我们的微纳技术研究和应用还停留在初步研究阶段，相比于发达国家还有不小的差距。
其次，国内微纳技术企业大多数还是初创的小企业，产业链比较薄弱。
再次，微纳技术发展需要耗费大量资金和技术支持，现有研发体系还无法达到需求。
二、我国微纳技术发展趋势1.政策支持为了加强我国微纳技术的研究与发展，国家对此给予了政策扶持。
政策包括加强技术集成与交叉研究、设立科研基地等。
同时，国家会出台对于微纳技术研究和应用的扶持政策，为企业提供资金和技术支持。
2.人才储备微纳技术的研究需要人才储备。
当前，国内高等教育机构中已涌现一批有实力的微纳技术研究团队，他们在享受政府支持下，为培养人才提供了良好的机会和环境。
3.走好技术发展道路技术路线上，我们应该学习借鉴国外先进经验，用好已有基础。
同时，也需要注重研究开发的实用性和市场竞争力。
一方面，加强微纳技术的研发，另一方面，也需要注意技术的应用和成果。
用于航空航天行业的微纳加工技术研究
用于航空航天行业的微纳加工技术研究微纳加工技术是一种以微米和纳米尺度为基础的精密加工技术，在航空航天行业具有广泛的应用前景。
本文将探讨微纳加工技术在航空航天行业中的研究进展、应用领域以及未来发展方向等方面的内容。
首先，微纳加工技术在航空航天行业中的研究进展非常迅速。
随着科学技术的不断进步，微纳加工技术已经成为航空航天行业中不可或缺的关键技术之一。
通过微纳加工技术，可以实现对航空航天器件的高精度加工和微米级结构的制备，从而提高航空航天设备的性能和功能。
其次，微纳加工技术在航空航天行业中有着广泛的应用领域。
首先，微纳加工技术可以用于制备超轻、高强度的航空航天材料，如纳米复合材料和纳米涂层，以提高飞机的抗磨损能力和耐高温性能。
其次，微纳加工技术可以用于制备微型惯性导航系统和微型推进系统，使得航空航天器件具备更快的响应速度和更高的精度。
此外，微纳加工技术还可以用于制造微型传感器和微结构元件，如微型天线和微型阵列。
这些微纳器件在航空航天行业中具有广泛的应用，如飞行控制系统、导航系统和通信系统等。
然而，微纳加工技术在航空航天行业中仍面临一些挑战。
首先，由于航空航天环境的极端恶劣性质，微纳器件需要具备更高的可靠性和耐久性。
其次，微纳加工技术的制造成本较高，并且需要较为复杂的设备和工艺，这限制了其在航空航天行业中的推广应用。
此外，微纳加工技术的实际应用还受限于相关法规和标准的制约。
为了克服这些挑战，未来微纳加工技术在航空航天行业中的发展方向可以从以下几个方面着手。
首先，研发更加高效、精确的微纳加工设备和工艺，提高加工效率和质量。
其次，加强微纳加工技术与其他相关技术的综合应用，如材料科学、光学技术和传感器技术等，以实现更多领域的创新应用。
此外，加强国际合作，促进微纳加工技术在航空航天行业的国际化研究和应用。
总之，微纳加工技术在航空航天行业中具有重要的地位和潜力。
通过不断加强研究和创新，微纳加工技术将为航空航天行业的发展提供新的突破和机遇。
金属材料表面微纳加工技术的研究与发展
金属材料表面微纳加工技术的研究与发展一、前言金属材料表面微纳加工技术是一种高精度、高效率的加工方法，可以用于制造各种微纳结构的金属材料，并在自动化、计算机等科技领域得到广泛的应用。
本文主要介绍金属材料表面微纳加工技术在研究和发展方面的新进展。
二、概述金属材料表面微纳加工技术是通过一系列复杂的加工方法，包括切割、打孔、磨削、抛光等，对金属材料的表面进行微纳级别的刻蚀和加工，制作出各种精密的微纳结构，用于实现各种微纳材料。
这种技术可以控制不同金属材料表面的形貌、尺寸和表面状态，并且可以制备出具有特殊功能的结构。
三、主要内容1. 微纳加工技术的研究进展随着计算机技术和CAD技术的进步，金属材料表面微纳加工技术在尺寸控制、形貌控制和表面处理方面都取得了重大的进展。
近年来，尺寸控制技术逐渐成熟，可制备出不同尺寸的微纳结构(如矩形、圆形、梯形、球形等)；形貌控制技术也得到了较大发展，包括可控制表面形貌的切割、打孔、磨削、抛光方法等；此外，表面处理技术也有较大进展，在光学、生物、信息等领域中有重要应用，如抗反射、耐磨损、防腐蚀等。
2. 微纳加工技术的应用领域金属材料表面微纳加工技术的应用领域非常广泛，包括基础研究和产业应用。
在基础研究方面，用于制造各种精密的微纳结构，和材料性能的表征；在产业应用领域，可以应用于纳米光电子、航空航天、汽车制造、医疗器械、生物工程等领域。
比如，可以制作出高精度的导航设备、激光干涉仪等。
3. 发展趋势未来，金属材料表面微纳加工技术的发展将会更加多样化和复杂化，一些新的材料和纳米结构的出现将会对微纳加工技术的应用提供更多的机会。
同时，由于环境保护和能源危机的问题，向微纳材料制备的绿色和可持续化的发展趋势将会成为研究重点，包括开发新的加工方法，改进原材料的利用和再生等。
为此，需要进一步发展和创新金属材料表面微纳加工技术，把它推向更高的前沿。
四、结论金属材料表面微纳加工技术在尺寸控制、形貌控制和表面处理等方面得到较大的发展，具有广泛的应用领域。
微纳加工技术新进展
液态Ga
离子源
Needle for
assisting gas
静电透镜
聚焦离子束
2010/10/12
北京大学微电子学研究院
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(2)
2010/10/12
北京大学微电子学研究院
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Direct-write FIB milling
Ga＋
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北京大学微电子学研究院
Ga＋
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微纳加工技术新进展
吴文刚
北京大学微电子学研究院
2010年9月
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北京大学微电子学研究院
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Think smaller
2010/10/12
北京大学微电子学研究院
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MEMS领域
微纳加工技术发展的重要特点
2010/10/12
Nano on MEMS → NEMS
MEMS/CMOS → on-chip
• Cost of EUV startup ~50-60 million
- Masks can cost up $88K
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北京大学微电子学研究院
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Electron Beam Lithography
Advantages
• Very accurate control of pattern with
• Low cost for a next-generation
technology (No need for small λ laser
sources and optics)
• High cost in master mold, but all other
微纳米级精密加工技术最新进展
微纳米级精密加工技术最新进展微纳米级精密加工技术是当代科技发展的关键技术之一，它在信息技术、生物医疗、航空航天、光学制造等领域发挥着至关重要的作用。
随着科学技术的飞速进步，微纳米级精密加工技术不断取得突破，推动着相关产业的创新与升级。
以下是该领域最新进展的六个核心要点：一、超精密光刻技术的新突破超精密光刻技术作为微纳加工的核心技术，在半导体芯片制造中占据主导地位。
近年来，极紫外光刻(EUV)技术取得了重大进展，其波长缩短至13.5纳米，极大提高了图案分辨率，使得芯片上的元件尺寸进一步缩小，推动了摩尔定律的延续。
同时，多重曝光技术和计算光刻技术的结合应用，进一步提高了光刻精度，为实现更小特征尺寸的集成电路铺平了道路。
二、聚焦离子束加工技术的精细化聚焦离子束(FIB)技术以其高精度、灵活性强的特点，在微纳米结构的直接写入、修改及分析方面展现出了巨大潜力。
最近，通过优化离子源和束流控制系统，FIB技术实现了亚纳米级别的加工精度，为纳米器件的制备、纳米电路的修复及三维纳米结构的构建提供了强有力的技术支持。
此外，双束系统（FIB-SEM）的集成，即在同一平台上集成了聚焦离子束与扫描电子显微镜，大大提高了加工的准确性和效率。
三、激光微纳加工技术的创新应用激光加工技术在微纳米尺度上展现出了新的应用潜力，尤其是超短脉冲激光技术的出现，如飞秒激光，能够在材料表面进行无热影响区的精确加工，适用于复杂三维结构的制造。
通过调控激光参数，如脉冲宽度、能量密度和重复频率，可实现从材料表面改性到内部结构雕刻的广泛加工能力，被广泛应用于生物医疗植入物、微光学元件及微流控芯片的制造中。
四、化学气相沉积与电化学加工的精细化化学气相沉积(CVD)作为一种薄膜沉积技术，近年来在微纳米材料合成方面取得了显著进展，特别是在石墨烯、二维材料及其异质结构的可控生长方面。
通过精确调控反应条件，如温度、压力和气体配比，实现了单层或多层纳米薄膜的高质量沉积，为纳米电子学、能源存储及传感技术的发展提供了关键材料。
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Transforming 2D patterns into 3D structures
北京大学微电子学研究院 16
2010/10/12
(4)
A direct-write scanning probe-based lithographic technique that uses an AFM tip
coated with molecule “ink” and brought into “contact” with a substrate surface
The AFM tip coated with “ink” molecules is brought into close proximity with a substrate to be patterned in a humid atmosphere. Ambient humidity causes a tiny meniscus water droplet to be formed in the gap which serves as a conduit for the molecules transfer to the surface. The capillary forces leave the molecules on the surface, so the tip can be used to create patterns of self-assembled monolayers.
2010/10/12
北京大学微电子学研究院
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北京大学微电子学研究院
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AFM针尖表面附着一层硫醇 针尖和金表面凝结一滴水 表面张力使针尖和表面距离固定 硫醇通过“水桥”，被书写成纳米尺度 的线条 可选择多种有机分子作为书写的“墨水”
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2010/10/12 北京大学微电子学研究院 30
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Dip-pen nanolithography technique is a versatile tool for nanoscience.
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北京大学微电子学研究院
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北京大学微电子学研究院
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“蘸-写” Dip-pen Nanolithography
Invented by Mirkin, 1999 A modern nanolithographic technique combining the atomic force microscope (AFM) with old fashioned ink pen writing
2010/10/12
北京大学微电子学研究院
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原理类似于用毛笔蘸墨、书写
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In the same way that an old fashioned dip pen picks up ink from an ink well and is then used to write on paper, molecules are picked up from a reservoir on the end of the AFM tip and deposited to the surface of the substrate via a solvent or water.
to build nanopatterns of different size, shape and registry on the substrate material rather than etching it away
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北京大学微电子学研究院
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Schematic representation of the DPN process.
2010/10/12
北京大学微电子学研究院
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跨尺度微纳米结构的Top-down加工技术
Advanced lithography
“野路子”
极紫外（EUV）光刻 电子束（e-beam）直写式曝光 纳米压印（Nano-imprint）类 Dip-pen nanolithography 聚焦离子束（FIB） Anisotropic etching 侧墙工艺（Spacer technology） 应力膜应变成型 介入式纳米加工
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Electron Beam Lithography
Advantages • Very accurate control of pattern with direct writing (No mask needed) • Highly automated • 5nm resolution possible Disadvantages • Very low throughput ������������ (Less than 10 wafers per hour) • Expensive (Hardware cost 6-10 Million)
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Extreme UV Lithography
Advantages • Extreme UV is 10-14nm wavelength source • Resolution approaching 30nm • High Throughput Disadvantages • Mask fabrication is difficult • Reflective optics can be expensive - CaF instead of SiO2 optics • Cost of EUV startup ~50-60 million - Masks can cost up $88K
对材料选择灵活 但不适于IC芯片的生产
IC芯片都由多层结构构成，层与层之间需要精确对准 采用有机印模的软光刻，对准时容易产生误差 有一些解决方案，如制造刚度大的印模，但有待进一步研究
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铸模
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印刷
在PDMS印模上涂一层 硫醇(thiol) 印在涂有一层金的玻璃 衬底上 硫醇与金作用形成自组 装的单层薄膜 印模接触金涂层时会往 外扩散一点，控制得好 图形尺寸能达到50nm
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J. Liao et al.; V. Santhanam and R.P. Anders, Nano Letters, 2004
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浇铸
利用毛细作用 液态聚合体流入印模的 凹槽 固化聚合体 能复制尺寸小于10nm的 结构 适合做亚波长光器件， 如光波导、起偏器等。 在纳米流体力学方面也 可有应用
微纳加工技术新进展
吴文刚 北京大学微电子学研究院
2010年9月
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Think smaller
2010/10/12
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MEMS领域 微纳加工技术发展的重要特点
Nano on MEMS → NEMS MEMS/CMOS → on-chip MEMS/MEMS ← bonding
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• High throughput capabilities
• Low cost for a next-generation technology (No need for small λ laser sources and optics) • High cost in master mold, but all other molds can be made from this master • Other needs: Heater, Press, ~5-10K
北京大学微电子学研究院
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64×2 nano-period transmission gratings (Ling Xia, et al, APCOT2006)
光子晶体
GaN-DBR
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光纤上的DBR
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FIB Stress-Introducing Technique (FIB-SIT)
北京大学微电子学研究院
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北京大学微电子学研究院
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北京大学微电子学研究院
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北京大学微电子学研究院
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北京大学微电子学研究院
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Manipulate the protein molecules dotted along the DNA line (~2 nm), using DPN
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