Desktop-udskrivning på nano-niveau

En ny lavpris, Højopløsningsværktøj er klar til at revolutionere, hvordan nanoteknologi produceres fra skrivebordet, ifølge en ny undersøgelse foretaget af forskere fra Northwestern University.

I øjeblikket, det meste nanofabrikation udføres i multimilliard-dollar centraliserede faciliteter kaldet støberier. Dette svarer til at udskrive dokumenter i centraliserede trykkerier. Overveje, imidlertid, hvordan desktopprinteren revolutionerede overførslen af ​​oplysninger ved at give enkeltpersoner mulighed for billigt at udskrive dokumenter efter behov. Dette paradigmeskift er derfor, at der har været samfundsdækkende ambitioner inden for nanovidenskab om at oprette et desktop nanofabrication-værktøj.

"Med dette gennembrud, vi kan konstruere materialer og enheder af meget høj kvalitet, såsom behandling af halvledere over store områder, og vi kan gøre det med et instrument lidt større end en printer, "sagde Chad A. Mirkin, seniorforfatter af undersøgelsen og en verdenskendt pioner inden for nanovidenskab.

Mirkin er George B. Rathmann-professor i kemi ved Weinberg College of Arts and Sciences og professor i medicin, kemisk og biologisk teknik, biomedicinsk teknik og materialevidenskab og teknik. Han er også direktør for Northwesterns International Institute for Nanotechnology.

Undersøgelsen vil blive offentliggjort den 19. juli i tidsskriftet Naturkommunikation .

Værktøjet, som Mirkins team har skabt, producerer fungerende enheder og strukturer på nanoskalaniveau i løbet af få timer, lige ved brugsstedet. Det er nanofabrikationsækvivalenten til en desktopprinter.

Uden at kræve millioner af dollars i instrumenteringsomkostninger, værktøjet er klar til at prototype en bred vifte af funktionelle strukturer, fra genchips til proteinarrays til opbygningsmønstre, der styrer, hvordan stamceller differentierer til at lave elektroniske kredsløb.

"I stedet for at skulle have adgang til millioner af dollars, i nogle tilfælde milliarder af dollars i instrumentering, du kan begynde at bygge enheder, der normalt kræver den type instrumentering lige ved brugsstedet, " sagde Mirkin.

Papiret beskriver de fremskridt, som Mirkins team har gjort inden for desktop nanofabrikation baseret på let fremstillede beam-pen lithography (BPL) pen-arrays, strukturer, der består af en række polymere pyramider, hver belagt med et uigennemsigtigt lag med en 100 nanometer åbning i spidsen. Ved hjælp af en digital mikrospejlenhed, den funktionelle komponent af en projektor, en enkelt lysstråle er brudt op i tusindvis af individuelle stråler, hver kanaliseret ned ad bagsiden af ​​forskellige pyramideformede penne i arrayet og gennem åbningerne i spidsen af ​​hver pen.

Nanofabrikationsværktøjet gør det muligt hurtigt at behandle substrater belagt med lysfølsomme materialer kaldet resists og generere strukturer, der spænder over makro-, mikro- og nanoskalaer, alt i ét eksperiment.

De vigtigste fremskridt gjort af Mirkins team omfatter udvikling af hardwaren, at skrive softwaren til at koordinere lysets retning på pen-arrayet og konstruere et system til at få alle dele af dette instrument til at arbejde sammen synkront. Denne tilgang gør det muligt for hver pen at skrive et unikt mønster, og at disse mønstre kan sys sammen til funktionelle enheder.

"Det er ikke nødvendigt at oprette en maske eller masterplade, hver gang du vil oprette en ny struktur, "Sagde Mirkin." Du tildeler bare lysstrålerne til at gå forskellige steder og fortæller penne, hvilket mønster du vil have genereret. "

Fordi de materialer, der bruges til at fremstille skrivebordsværktøjet til nanofabrikation, er let tilgængelige, kommercialisering kan være så lidt som to år væk, sagde Mirkin. I mellemtiden, hans team arbejder på at bygge flere enheder og prototyper.

I avisen, Mirkin forklarer, hvordan hans laboratorium producerede et kort over verden, med en opløsning i nanoskala, der er stor nok til at se med det blotte øje, en bedrift aldrig før opnået med et scanningssondeinstrument. Ikke kun det, men nærmere eftersyn med et mikroskop afslører, at dette billede faktisk er en mosaik af individuelle kemiske formler, der består af nanoskalapunkter. At lave dette mønster viser instrumentets evne til samtidig at skrive mønstre i centimeterskala med opløsning i nanoskala.

Det Naturkommunikation papiret har titlen "Desktop nanofabrikation med massivt multiplekset beam-pen litografi." Ud over Mirkin, andre forfattere er Xing Liao, Keith A. Brown, Abrin L. Schmucker, Guoliang Liu og Shu He, hele Northwestern University.