Skrivning med en nanoquill:Dip-pen nanolitografi med en porøs spids genererer nanomønstre med vira

(PhysOrg.com) - En proces, der bruges til at producere nanoskopiske strukturer som stadigt mindre integrerede kredsløb, biosensorer, og genchips er kendt som dip-pen nanolitografi, hvor nanospidsen af ​​et atomkraftmikroskop bruges til at "skrive" et mønster direkte på et substrat.

I journalen Angewandte Chemie , et koreansk forskerhold ledet af Jung-Hyurk Lim ved Chungju National University i Chungju har nu introduceret en raffineret nanotip til denne teknik. Med deres "nanoquill", det er muligt at producere komplekse nanomønstre fra store biomolekyler - såsom komplette viruspartikler - hurtigt, præcis, og fleksibelt.

Atomkraftmikroskopi, oprindeligt designet til bestemmelse af nanoskopiske strukturer af overflader, er siden blevet brugt meget succesfuldt til en anden anvendelse:I dip-pen nanolitografi, nanospidsen dyppes som en fjerpen i en "blækbrønd", og molekylerne aflejres derefter som blæk på et passende substrat for at danne komplekse nanomønstre. Kritisk for denne proces er en lille vandmenisk, der dannes mellem overfladen, der skal skrives på, og nanospidsen; menisken giver en vej, som molekylerne i blækket – DNA, peptider, eller proteiner - kan flytte til overfladen. Imidlertid, større molekyler kan ikke diffundere gennem menisken og kan ikke aflejres på overfladen. Takket være en ny nanotip, de koreanske videnskabsmænd har nu overvundet denne begrænsning. Den nye spids er lavet af siliciumdioxid, der er blevet belagt med en velkarakteriseret biokompatibel polymer. Dette danner et nanoporøst polymernetværk med porediametre mellem 50 og flere hundrede nanometer.

Når denne spids dyppes i en opløsning, der indeholder biomolekyler, polymeren absorberer væsken og svulmer til en gel. Når den fyldte "nanoquill" kommer i kontakt med et aminbelagt substrat, biomolekylerne diffunderer ud af gelen på overfladen. Fordi diffusion fra gelen til overfladen møder mindre modstand end diffusion gennem en vandmenisk, det er muligt at deponere meget større biomolekyler end ved den konventionelle metode.

Som en demonstration, forskerne udvalgte viruspartikler bundet til et fluorescensfarvestof som deres blæk. De var i stand til at bruge dette til at producere mønstre med mere end 1000 individuelle nanodotter uden at skulle genopfylde fjerpen. I modsætning til den konventionelle teknik, øget kontakttid mellem overfladen og spidsen af ​​fjerpen øger antallet af individuelle vira i prikken, men ikke dens diameter. Imidlertid, forskerne var i stand til at generere prikker i forskellige størrelser (400, 200, og 80 nm) ved at variere spidsens diameter. Denne variation kan ganske let kontrolleres af varigheden af ​​polymerisationsreaktionen.