Z laboratoriów: Nanotechnologia

Obliczenia nanoprzewodowe
Praktyczna metoda dla obwodów CMOS opartych na nanoprzewodach

Ten obwód CMOS oparty na nanoprzewodach (nanoprzewody są zbyt małe, aby je zobaczyć) może prowadzić do mniejszych, mocniejszych komputerów. (Dzięki uprzejmości Dunwei Wang)

Źródło: Complementary Symmetry Silicon Nanowire Logic: Energooszczędne falowniki ze wzmocnieniem
Dunwei Wang i in.
Mały 2 (10): 1153-1158

Ta historia była częścią naszego wydania z listopada 2006 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Wyniki: Naukowcy z Caltech stworzyli obwody logiczne oparte na nanodrutach krzemowych, podobne do komplementarnych obwodów półprzewodnikowych z tlenku metalu stosowanych w chipach komputerowych. Takie obwody łączą dwa rodzaje tranzystorów, które reagują w odwrotny sposób na sygnały elektroniczne – jest to przydatne rozwiązanie dla energooszczędnych chipów. Ponieważ nowa metoda umożliwia wytwarzanie obu typów tranzystorów na jednej powierzchni, może nadawać się do masowej produkcji.

Dlaczego jest to ważne: Ze względu na swoje niewielkie rozmiary i doskonałe właściwości elektroniczne, nanodruty krzemowe mogą umożliwić ultraczułe ręczne czujniki do wykrywania raka lub identyfikowania zagrożeń biologicznych. Co więcej, nanoprzewody mogą prowadzić do wydajniejszych, energooszczędnych chipów komputerowych. Jednak poprzednie prototypy obwodów opartych na nanoprzewodach zostały wykonane przy użyciu technik, które nie nadają się do przetwarzania wsadowego. Nowe metody mogą sprawić, że obwody nanoprzewodowe staną się praktyczne w produkcji.

Metody: Aby wykonać tranzystory typu p i n, dwa typy potrzebne w obwodach CMOS, naukowcy najpierw stworzyli wzór szachownicy z krzemu typu p i n: domieszkowali sąsiednie kwadraty różnymi domieszkami, używając masek wyprodukowanych w fotolitografii. Następnie, stosując wcześniej opracowaną metodę, naukowcy selektywnie wytrawiali krzem, tworząc uporządkowane układy nanodrutów. Na koniec połączyli te nanoprzewody za pomocą litografii e-beam, tworząc tranzystory i podstawowy typ obwodu logicznego zwanego falownikiem.

Następne kroki: W przypadku masowej produkcji naukowcy zastąpią litografię e-beam szybszą metodą fotolitografii. Muszą również wykazać, że eksperymentalny proces wytwarzania partii macierzy nanoprzewodowych, zwany nanodrukowaniem, sprawdzi się w produkcji na dużą skalę.

Inteligentne pojemniki nanosize
Nanocząstki mogą sygnalizować, kiedy znajdują się w określonych typach komórek, co prowadzi do nowych metod diagnostycznych i terapeutycznych

Źródło: W kierunku inteligentnych bioreaktorów nanorozmiarowych: funkcjonalny nanokontener polimerowy z przełączanym pH, wyposażony w kanały
Pavel Broz i in.
Litery nano 6 (10): 2349-2353

Wyniki: Naukowcy ze Szwajcarii wykonali pojemniki o szerokości 200 nanometrów usiane porami, których ściany zbudowane są z białek bakteryjnych. Wykazali, że te nanopojemniki mogą kontrolować lokalizację i czas trwania sygnału fluorescencyjnego – zapalanie się tylko wtedy, gdy kwasowość ich środowiska odpowiada kwasowości struktur komórkowych zwanych lizosomami, które trawią obce materiały wnikające do komórki.

Dlaczego jest to ważne: Praca pokazuje, że nanocząsteczki wykorzystujące aktywne pory mogą reagować na sygnały środowiskowe, takie jak kwasowość, aby pełnić użyteczne funkcje. W jednej aplikacji wrażliwe na pH nanonośniki zapaliłyby się dopiero po napotkaniu lizosomów, zapewniając, że dotarły do ​​wnętrza komórek. Naukowcy wcześniej wykazali, że nosiciele mogą przyczepiać się do określonych typów komórek, takich jak makrofagi, co sugeruje, że taki system można wykorzystać do identyfikacji określonych komórek w próbce laboratoryjnej. Z pewnymi modyfikacjami może być również stosowany do uwalniania leku tylko do docelowych komórek, co zwiększa skuteczność leczenia farmakologicznego i zmniejsza skutki uboczne dzięki ochronie pobliskiej tkanki.

Metody: Specjalnie zaprojektowane polimery połączone z białkami bakteryjnymi samoorganizują się, tworząc pojemniki, podczas gdy dodane enzymy, które rozkładają niektóre związki, powodując ich fluorescencję, zostają uwięzione w środku. Rozmiar porów zapobiega ucieczce enzymów, ale umożliwia stopniowe wnikanie związków do pojemnika w celu ich rozbicia, tworząc długotrwały sygnał, który jest ograniczony do pojemników. Wrażliwość na pH jest wynikiem dwóch czynników: enzymy działają najlepiej przy kwasowości lizosomalnej, a pory, które są otwarte w większości warunków, zamykają się przy zbyt wysokich stężeniach kwasu.

Następne kroki : Badania wymagają dalszych testów, aby potwierdzić, że nanocząstki działają na żywe osobniki. W przypadku potencjalnych zastosowań w dostarczaniu leków naukowcy połączą leki z określonymi celami komórkowymi i opracują mechanizm uwalniania; mógłby bazować na syntetycznych porach, które pozostają zamknięte w środowiskach obojętnych i zasadowych, a także silnie kwaśnych, otwierając się tylko w określonym zakresie pH wnętrza lizosomu.

ukryć