Skrót do designerskich nanostruktur

Nowa metoda nanolitografii może obniżyć koszty tworzenia eksperymentalnych chipów komputerowych do badań elektronicznych oraz macierzy biomolekuł do biologii komórki. Metoda ta umożliwia osadzanie drobnych wzorów materiałów lub ich wycinanie za pomocą dużej liczby silikonowych pisaków osadzonych na sprężynach; łączy w sobie możliwość tworzenia wzorów dowolnych projektów, które mają cechy w nanoskali, z możliwością pracy na stosunkowo dużych obszarach.

Projekt nanodot: Kropki tworzące ten obraz, który przedstawia piramidę z banknotu dolarowego, są oddalone od siebie o 150 nanometrów. Szereg tych obrazów piramid, każdy o wymiarach 30 na 33 mikrometry, wykonano na złotej folii przy użyciu nowej metody nanolitografii.

Najpopularniejszymi metodami tworzenia niestandardowych nanostruktur są litografia zanurzeniowa, która polega na osadzaniu cząsteczek za pomocą końcówki mikroskopu sił atomowych, oraz litografia wiązką elektronów, która polega na wycinaniu ich wiązkami elektronów. Obie metody pozwalają naukowcom realizować nowe projekty o cechach nanoskopowych, ale są niezwykle czasochłonne i drogie.

Przez ostatnią dekadę Czad Mirkin , profesor chemii na Northwestern University, pracuje nad sposobami obniżenia kosztów i czasu potrzebnego do produkcji w nanoskali. Mirkin wynalazł litografię zanurzeniową w 1999 roku; w 2008 roku opracował bardziej praktyczne podejście, używając długopisów polimerowych zamiast końcówek mikroskopowych. Pióra są tańsze niż końcówki mikroskopu, łatwiejsze w obsłudze i pracują na większych obszarach. Te macierze pisaków można spryskać różnymi atramentami molekularnymi na ich końcówkach, a następnie przymocować do ruchomego ramienia mikroskopu z sondą skanującą w celu śledzenia projektów. Jednak matryce pisaków polimerowych nie są zbyt dobre w modelowaniu funkcji w nanoskali, ponieważ końcówka pióra jest miękka. Możesz zejść tylko tak mały, mówi Mirkin.

Teraz Mirkin opracował tablicę, która działa w podobny sposób, ale może tworzyć znacznie mniejsze funkcje. Po przesunięciu na powierzchnię za pomocą mikroskopu z sondą skanującą, nowe macierze — wykonane z twardych końcówek silikonowych przymocowanych do sprężystego podłoża polimerowego — mogą albo osadzać cząsteczki, aby stworzyć nanostruktury, albo działać jak małe elektryczne dłuta, odcinając materiał. To właśnie połączenie twardej, cienkiej silikonowej końcówki z sprężystością, jaką zapewnia leżąca pod spodem warstwa polimerowa, umożliwia uzyskanie wyższej rozdzielczości. Mirkin nazywa tę metodę litografią twardą i miękką sprężyną.

W tym tygodniu w dzienniku Natura , Mirkin donosi, że używa tej metody do tworzenia wzorów o cechach mniejszych niż 50 nanometrów. W jednej z demonstracji naukowcy wykorzystali tablice do wyrzeźbienia replik piramidy o wymiarach 30 na 30 mikrometrów na banknotach dolarowych na złotych foliach. Wydrukowanie centymetrowej powierzchni tych piramid zajęło około 200 minut. Drukowali również wzory przy użyciu biomolekuł i materiałów elektrycznych.

Ten postęp ma duże szanse na przejście litografii sond skanujących z [użytkowania] akademickiego do roli ważnego narzędzia do produkcji i prototypowania, szeroko stosowanego w branży półprzewodników i biotechnologii, mówi Józef DeSimone , profesor chemii na Uniwersytecie Północnej Karoliny w Chapel Hill.

Jednym z prawdopodobnych zastosowań techniki litograficznej jest produkcja niewielkiej liczby specjalistycznych chipów komputerowych, mówi DeSimone. Rośnie zapotrzebowanie na małe partie chipów do testowania nowych projektów obwodów, a także na specjalistyczne chipy do zastosowań niszowych, zwłaszcza w wojsku. Stworzenie nowego chipa wymaga wykonania nowej maski, która jest odpowiednikiem negatywu fotograficznego używanego do nanoszenia obwodów na wafel. Istnieje ogromna niezaspokojona potrzeba tworzenia chipów przy użyciu podejścia bezmaskowego, mówi DeSimone.

Mirkin mówi, że na krótką metę biolodzy komórkowi prawdopodobnie znajdą zastosowanie tej techniki w swoich laboratoriach. Technika ta może pomóc im zrozumieć, w jaki sposób interakcje komórkowe w nanoskali kontrolują różnicowanie komórek macierzystych i rozprzestrzenianie się raka w organizmie. Stosując to podejście, duże macierze można pokryć setkami tysięcy komórek, aby uzyskać statystycznie istotne informacje o tym, jak reagują na te rozmieszczone przestrzennie sygnały chemiczne.

Milan Mrksich , profesor chemii na Uniwersytecie w Chicago, mówi, że nowa technika litografii Mirkina może otworzyć zupełnie nowe obszary badań. Może to umożliwić na przykład nowe badania adhezji komórek. Biolodzy wiedzą, że przyczepność komórki do powierzchni jest determinowana przez maleńkie nanostruktury zwane adhezją ogniskową, które różnią się wielkością. Są one ważne, ponieważ gdy zanika adhezja komórek, komórka rakowa może uwolnić się od guza i rozprzestrzenić się po całym ciele. Mrksich mówi, że wzorzyste macierze wykonane przy użyciu techniki Mirkina mogą pokazać biologom komórkowym, w jaki sposób wielkość ogniskowych adhezji reguluje zachowanie komórek.

Ta metoda powinna otworzyć możliwości tworzenia pulpitów dla znacznie większej liczby badaczy, mówi Mirkin. Firma o nazwie Nano atrament skomercjalizował dotychczasowe metody litograficzne ze swojego laboratorium. Mówi, że uniwersytet prawdopodobnie udzieli licencji na metodę nanolitografii firmie, niekoniecznie Nano Ink. Mrksich zasiada również w naukowej radzie doradczej tej firmy.

ukryć