At lave en mini Mona Lisa

Verdens mest berømte maleri er nu blevet til på verdens mindste lærred. Forskere ved Georgia Institute of Technology har "malet" Mona Lisa på en substratoverflade, der er cirka 30 mikrometer i bredden - eller en tredjedel af bredden af ​​et menneskehår. Teamets oprettelse, "Mini Lisa, " demonstrerer en teknik, der potentielt kan bruges til at opnå nanofremstilling af enheder, fordi holdet var i stand til at variere overfladekoncentrationen af ​​molekyler på så kort længde skalaer.

Billedet blev skabt med et atomkraftmikroskop og en proces kaldet ThermoChemical NanoLithography (TCNL). Går pixel for pixel, Georgia Tech-teamet placerede en opvarmet cantilever ved substratoverfladen for at skabe en række afgrænsede kemiske reaktioner på nanoskala. Ved kun at variere varmen på hvert sted, Ph.D. Kandidat Keith Carroll kontrollerede antallet af nye molekyler, der blev skabt. Jo større varme, jo større er den lokale koncentration. Mere varme frembragte de lysere grå nuancer, som det ses på Mini Lisas pande og hænder. Mindre varme producerede de mørkere nuancer i hendes kjole og hår, der ses, når det molekylære lærred visualiseres ved hjælp af fluorescerende farvestof. Hver pixel har en afstand på 125 nanometer.

"Ved at justere temperaturen, vores team manipulerede kemiske reaktioner for at give variationer i de molekylære koncentrationer på nanoskalaen, " sagde Jennifer Curtis, en lektor på Fysikskolen og undersøgelsens hovedforfatter. "Den rumlige indeslutning af disse reaktioner giver den præcision, der kræves for at generere komplekse kemiske billeder som Mini Lisa."

Produktion af kemiske koncentrationsgradienter og variationer på sub-mikrometer skalaen er vanskelige at opnå med andre teknikker, på trods af en bred vifte af applikationer kunne processen tillade. Georgia Tech TCNL forskningssamarbejde, som omfatter lektor Elisa Riedo og Regents Professor Seth Marder, producerede kemiske gradienter af amingrupper, men forventer, at processen kan udvides til brug med andre materialer.

"Vi forestiller os, at TCNL vil være i stand til at mønstre gradienter af andre fysiske eller kemiske egenskaber, såsom ledningsevne af grafen, " sagde Curtis. "Denne teknik skulle muliggøre en bred vifte af tidligere utilgængelige eksperimenter og applikationer inden for så forskellige områder som nanoelektronik, optoelektronik og bioteknik."

En anden fordel, ifølge Curtis, er, at atomkraftmikroskoper er ret almindelige, og den termiske kontrol er relativt ligetil, gøre tilgangen tilgængelig for både akademiske og industrielle laboratorier. For at lette deres vision om nanofremstillingsenheder med TCNL, Georgia Tech-teamet har for nylig integreret nanoarrays af fem termiske udkragninger for at accelerere produktionstempoet. Fordi teknikken giver høje rumlige opløsninger med en hastighed, der er hurtigere end andre eksisterende metoder, selv med en enkelt cantilever, Curtis håber på, at TCNL vil give mulighed for udskrivning i nanoskala integreret med fremstilling af store mængder overflader eller hverdagsmaterialer, hvis dimensioner er mere end en milliard gange større end TCNL-egenskaberne selv.

Papiret, Fremstilling af kemiske gradienter i nanoskala med termokemisk nanolitografi, udgives online af tidsskriftet Langmuir .