Fremstilling af nanostrukturer med silke kunne gøre rene rum grønne rum

(Phys.org) — Tufts University ingeniører har vist, at det er muligt at generere nanostrukturer fra silke i en miljøvenlig proces, der bruger vand som et udviklingsmiddel og standard fremstillingsteknikker. Denne tilgang giver et grønt alternativ til de giftige materialer, der almindeligvis anvendes i nanofabrikation, mens den leverer fremstillingskvalitet, der kan sammenlignes med konventionelle syntetiske polymerer. Nanofabrikation er kernen i fremstillingen af ​​halvledere og andre elektroniske og fotoniske enheder.

Avisen, der beskriver dette arbejde, "Al vandbaseret elektronstrålelitografi, der bruger silke som en positiv, Negativ og biofunktionel resist, " vises i Natur nanoteknologi , offentliggjort online 23. marts forud for trykt udgivelse.

"I en verden, der stræber efter at reducere giftige fodspor forbundet med fremstilling, vores laboratorium udforsker biopolymerer, og især silke, som et kandidatmateriale til at erstatte plast i mange højteknologiske applikationer, " sagde Frank C. Doble professor i biomedicinsk teknik Fiorenzo Omenetto, Ph.D., seniorforsker på arbejdet.

Nanofabrikation involverer mønstre i høj opløsning med funktioner så små, at de har mindst én dimension, der ikke er større end 100 nanometer (nm) - størrelsen af ​​partikler, der filtreres ud af kirurgiske masker. Fremstilling i nanoskala opnås normalt ved at afsætte tynde film af tilpassede polymerer, kaldet "modstår, " på siliciumwafers. Hvert resistlag mønstres successivt ved at bruge lys eller elektroner (via elektronstrålelitografi) for at blotlægge den del af resisten, der ikke er dækket af en maske. Efterfølgende positive resists opløses, når de udsættes for en fremkalder, mens negative resists forbliver tilbage efter udvikling. Lagenes sammensætning og konfiguration bestemmer strukturens egenskaber.

At udvikle en resist kræver typisk giftige kemikalier, som skal være forsigtige, og dyrt, håndtering og bortskaffelse. Der er gjort betydelige fremskridt ved at bruge "grønne" resists, der kan udvikles med vand, men disse teknikker har manglet den ønskede præcision og skalerbarhed.

"I modsætning, vores proces er helt vandbaseret, startende med den vandige silkeopløsning og slutter med simpel fremkaldelse af den blottede silkefilm i vand, og den opnåede opløsning var sammenlignelig med en af ​​de almindeligt anvendte syntetiske polymerer, " sagde Omenetto, der har et professorat i Institut for Fysik på Tufts School of Arts and Sciences udover sin ansættelse i Ingeniørskolen. "En række forskellige fremstillingsindustrier, højteknologiske virksomheder og akademiske laboratorier kunne i sidste ende drage fordel af rene rum, der også er grønne."

Til dette arbejde, Tufts-ingeniørerne fremstillede fotoniske gitter i nanoskala ved hjælp af både pæn silke og funktionaliseret silke doteret med kvanteprikker, grønne fluorescerende proteiner (GFP'er) eller peberrodsperoxidase (HRP).

"Ved at vise, at biomolekyler af enzymet HRP forblev aktive efter elektronstråle nanofabrikationsprocessen, vi demonstrerede gennemførligheden af ​​at fremstille biologisk aktive silkesensorenheder, noget, der ikke er tilgængeligt i øjeblikket, " sagde Benedetto Marelli, Ph.D. Marelli er en post-doktor i Omenettos laboratorium og en ledende medforfatter på papiret sammen med den tidligere Omenetto post-doc associeret Sunghwan Kim, Ph.D., nu professor i Ajou, Korea.

Denne forskning bygger på tidligere arbejde af Omenetto og hans samarbejdspartnere på Tufts School of Engineering. I fortiden, de havde vist, at silke kunne nanofremstilles, men disse processer krævede at starte med andre materialer i nanostørrelse. Dette er første gang, at silke er blevet fremstillet for at starte nanofabrikationsfremstillingskæden.