211service.com
Een snelkoppeling naar Designer-nanostructuren
Een nieuwe nanolithografiemethode zou de kosten kunnen verlagen voor het maken van experimentele computerchips voor elektronica-onderzoek en arrays van biomoleculen voor celbiologie. De methode maakt het mogelijk om fijne patronen van materialen te deponeren, of weg te snijden, met behulp van grote reeksen siliconen pennen die op veren zitten; het combineert het vermogen om willekeurige ontwerpen met kenmerken op nanoschaal te modelleren met het vermogen om snel en over relatief grote gebieden te werken.
Nanodot-ontwerp: De stippen die deel uitmaken van deze afbeelding, die de piramide van een Amerikaanse dollarbiljet laat zien, liggen 150 nanometer uit elkaar. Een reeks van deze piramidebeelden, elk 30 bij 33 micrometer groot, werd op een gouden film gemaakt met behulp van een nieuwe nanolithografiemethode.
De meest gebruikelijke methoden voor het maken van aangepaste nanostructuren zijn dip-penlithografie, waarbij moleculen worden afgezet met behulp van de punt van een atoomkrachtmicroscoop, en elektronenstraallithografie, wat inhoudt dat ze worden weggesneden met elektronenstralen. Met beide methoden kunnen onderzoekers nieuwe ontwerpen met nanoscopische kenmerken realiseren, maar ze zijn ongelooflijk tijdrovend en duur.
Het afgelopen decennium is Tsjaad Mirkin , hoogleraar scheikunde aan de Northwestern University, heeft gewerkt aan manieren om de kosten en tijd die nodig zijn voor fabricage op nanoschaal te verminderen. Mirkin vond in 1999 de dip-penlithografie uit; in 2008 ontwikkelde hij een meer praktische benadering met polymeerpennen in plaats van microscooptips. De pennen zijn goedkoper dan de microscooppunten, gemakkelijker om mee te werken en werken over grotere oppervlakken. Deze penarrays kunnen met verschillende moleculaire inkten op hun uiteinden worden gespoten en vervolgens worden bevestigd aan de bewegende arm van een scanning-sondemicroscoop om ontwerpen te traceren. Polymeerpenarrays zijn echter niet erg goed in het patroontekenen van functies op nanoschaal, omdat de punt van de pen zacht is. Je kunt alleen zo klein gaan, zegt Mirkin.
Nu heeft Mirkin een array ontwikkeld die op een vergelijkbare manier werkt, maar veel kleinere functies kan creëren. Wanneer ze met een scanning-sondemicroscoop over een oppervlak worden geduwd, kunnen de nieuwe arrays - gemaakt van harde siliciumpunten bevestigd aan een veerkrachtige polymeerrug - ofwel moleculen afzetten om nanostructuren te maken, of werken als kleine elektrische beitels, waarbij materiaal wordt weggesneden. Het is deze combinatie van de harde, fijne siliconen tip met het meegeven van de onderliggende polymeerlaag die een hogere resolutie mogelijk maakt. Mirkin noemt de methode hard-tip, soft-spring lithografie.
Deze week in het journaal Natuur , meldt Mirkin dat hij deze methode gebruikt om patronen te maken met kenmerken die kleiner zijn dan 50 nanometer. In één demonstratie gebruikten de onderzoekers de arrays om replica's van 30 bij 30 micrometer van de piramide op het Amerikaanse dollarbiljet op goudfilms uit te snijden. Het afdrukken van een vierkante centimeter van deze piramides duurde ongeveer 200 minuten. Ze printten ook patronen met behulp van biomoleculen en elektrische materialen.
Deze vooruitgang heeft een goede kans om scanning-sonde-lithografie over te hevelen van academisch [gebruik] naar een belangrijk productie- en prototyping-instrument dat algemeen wordt gebruikt in de halfgeleider- en biotechnologie-industrieën, zegt Joseph De Simone , hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill.
Een mogelijke toepassing voor de lithografietechniek is de productie van kleine aantallen speciale computerchips, zegt DeSimone. Er is een toenemende vraag naar kleine batches chips voor het testen van nieuwe circuitontwerpen, maar ook naar gespecialiseerde chips voor nichetoepassingen, met name in het leger. Om een nieuwe chip te maken, moet een nieuw masker worden gemaakt dat het equivalent is van een fotografisch negatief dat wordt gebruikt om de circuits op een wafer te tekenen. Er is een enorme onvervulde behoefte om chips te maken met behulp van maskerloze benaderingen, zegt DeSimone.
Op de korte termijn, zegt Mirkin, zullen celbiologen waarschijnlijk toepassingen voor de techniek in hun laboratoria vinden. De techniek zou hen kunnen helpen begrijpen hoe cellulaire interacties op nanoschaal de differentiatie van stamcellen en de verspreiding van kanker door het lichaam regelen, zegt hij. Met behulp van de aanpak kunnen grote arrays worden bedekt met honderdduizenden cellen om statistisch significante informatie te krijgen over hoe ze reageren op deze ruimtelijk gevormde chemische signalen.
Milaan Mrksich , hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van Chicago, zegt dat de nieuwe lithografietechniek van Mirkin volledig nieuwe onderzoeksgebieden zou kunnen mogelijk maken. Het zou bijvoorbeeld nieuwe studies naar celadhesie mogelijk kunnen maken. Biologen weten dat de hechting van een cel aan een oppervlak wordt bepaald door kleine nanostructuren die focale adhesies worden genoemd en die in grootte variëren. Deze zijn belangrijk omdat wanneer celadhesie afbreekt, een kankercel zich kan losmaken van een tumor en zich door het lichaam kan verspreiden. Mrksich zegt dat arrays met patronen gemaakt met behulp van de techniek van Mirkin celbiologen kunnen laten zien hoe de grootte van de focale verklevingen het celgedrag reguleert.
Deze methode zou de mogelijkheden voor desktopfabricage voor veel meer onderzoekers moeten openstellen, zegt Mirkin. Een bedrijf genaamd Nano-inkt heeft eerdere lithografiemethoden uit zijn laboratorium gecommercialiseerd. Hij zegt dat de universiteit de nanolithografiemethode waarschijnlijk in licentie zal geven aan een bedrijf, niet noodzakelijkerwijs Nano Ink. Mrksich zit ook in de wetenschappelijke adviesraad van dat bedrijf.