211service.com
Zkratka k návrhářským nanostrukturám
Nová metoda nanolitografie by mohla snížit náklady na výrobu experimentálních počítačových čipů pro výzkum elektroniky a polí biomolekul pro buněčnou biologii. Metoda umožňuje ukládat jemné vzory materiálů nebo je vyřezávat pomocí velkých polí silikonových per na pružinách; kombinuje schopnost vzorovat libovolné návrhy, které mají vlastnosti v nanoměřítku, se schopností pracovat rychle a na relativně velkých plochách.
Nanodot design: Tečky tvořící tento obrázek, který ukazuje pyramidu z americké dolarové bankovky, jsou od sebe vzdáleny 150 nanometrů. Pole těchto pyramidových snímků, každý o rozměrech 30 x 33 mikrometrů, bylo vyrobeno na zlatém filmu pomocí nové nanolitografické metody.
Nejběžnějšími metodami pro vytváření vlastních nanostruktur jsou litografie s ponorným perem, která zahrnuje nanášení molekul pomocí hrotu mikroskopu atomárních sil, a litografie s elektronovým paprskem, která zahrnuje jejich odstranění pomocí elektronových paprsků. Obě metody umožňují výzkumníkům realizovat nové návrhy s nanoskopickými prvky, ale jsou neuvěřitelně časově náročné a drahé.
za poslední desetiletí, Chad Mirkin , profesor chemie na Northwestern University, pracuje na způsobech, jak snížit náklady a čas potřebný pro výrobu v nanoměřítku. Mirkin vynalezl litografii s ponorným perem v roce 1999; v roce 2008 vyvinul praktičtější přístup s použitím polymerových per namísto hrotů mikroskopu. Pera jsou levnější než hroty mikroskopů, snáze se s nimi pracuje a pracují na větších plochách. Tato pole per mohou být nastříkána různými molekulárními inkousty na jejich hroty a poté připojena k pohyblivému ramenu mikroskopu se skenovací sondou, aby bylo možné vysledovat návrhy. Pole s polymerovými pery však nejsou příliš dobré ve vzorování prvků v nanoměřítku, protože hrot pera je měkký. Můžeš jít jen tak malý, říká Mirkin.
Nyní Mirkin vyvinul pole, které funguje podobným způsobem, ale může vytvářet mnohem menší prvky. Při tlačení přes povrch pomocí mikroskopu se skenovací sondou mohou nová pole - vyrobená z tvrdých silikonových špiček připojených k pružné polymerní podložce - buď ukládat molekuly a vytvářet nanostruktury, nebo působit jako malá elektrická dláta, která odřezávají materiál. Právě tato kombinace tvrdého, jemného silikonového hrotu s poddajnou vrstvou polymeru umožňuje vyšší rozlišení. Mirkin nazývá metodu litografie s pevným hrotem a měkkými pružinami.
Tento týden v deníku Příroda Mirkin hlásí, že pomocí této metody vytváří vzory s prvky menšími než 50 nanometrů. V jedné demonstraci vědci použili pole k vyřezání replik pyramidy o rozměrech 30 x 30 mikrometrů na dolarové bankovky na zlatých filmech. Vytištění centimetru čtvereční plochy těchto pyramid trvalo asi 200 minut. Také tiskli vzory pomocí biomolekul a elektrických materiálů.
Tento pokrok má dobrou šanci přeměnit litografii se skenovací sondou z akademického [použití] na důležitý nástroj pro výrobu a prototypování široce používaný v polovodičovém a biotechnologickém průmyslu, říká Joseph DeSimone , profesor chemie na University of North Carolina v Chapel Hill.
Jednou z pravděpodobných aplikací techniky litografie je výroba malého počtu speciálních počítačových čipů, říká DeSimone. Roste poptávka po malých sériích čipů pro testování nových návrhů obvodů, stejně jako po specializovaných čipech pro specializované aplikace, zejména v armádě. Výroba nového čipu vyžaduje vytvoření nové masky, která je ekvivalentem fotografického negativu používaného k vzorování obvodů na plátku. Existuje obrovská nenaplněná potřeba vyrábět čipy pomocí bezmaskových přístupů, říká DeSimone.
V krátkodobém horizontu, říká Mirkin, buněční biologové pravděpodobně najdou uplatnění této techniky ve svých laboratořích. Tato technika by jim mohla pomoci porozumět způsobu, jakým buněčné interakce v nanoměřítku řídí diferenciaci kmenových buněk a šíření rakoviny v těle, říká. Pomocí tohoto přístupu by mohla být velká pole pokryta stovkami tisíc buněk, aby se získaly statisticky významné informace o tom, jak reagují na tyto prostorově vzorované chemické podněty.
Milan Mrksich , profesor chemie na Chicagské univerzitě, říká, že Mirkinova nová litografická technika by mohla umožnit zcela nové oblasti výzkumu. Mohlo by to umožnit například nové studie buněčné adheze. Biologové vědí, že přichycení buňky k povrchu je určeno drobnými nanostrukturami nazývanými fokální adheze, které se liší velikostí. Ty jsou důležité, protože když se buněčná adheze rozpadne, rakovinná buňka se může uvolnit z nádoru a rozšířit se po celém těle. Mrksich říká, že vzorovaná pole vyrobená pomocí Mirkinovy techniky by mohla ukázat buněčným biologům, jak velikost fokálních adhezí reguluje chování buněk.
Tato metoda by měla otevřít možnosti výroby stolních počítačů mnoha dalším výzkumníkům, říká Mirkin. Zavolala společnost Nano inkoust komercializoval předchozí litografické metody ze své laboratoře. Říká, že univerzita pravděpodobně licencuje metodu nanolitografie společnosti, ne nutně Nano Ink. Mrksich je také členem vědeckého poradního sboru této společnosti.