Nanomotorisk litografi svar kræver billige, enklere fremstilling af enheder

(Phys.org) - Hvad skal der til for at fremstille elektronisk og medicinsk udstyr mindre end en brøkdel af et menneskehår? Nanoengineers ved University of California, San Diego opfandt for nylig en ny litografimetode, hvor nanoskala robotter svømmer over overfladen af ​​lysfølsomt materiale for at skabe komplekse overflademønstre, der danner sensorer og elektronikkomponenter på nanoskalaenheder. Deres forskning, offentliggjort for nylig i tidsskriftet Naturkommunikation , tilbyder et enklere og mere overkommeligt alternativ til de høje omkostninger og kompleksitet ved nuværende state-of-the-art nanofabrikationsmetoder såsom elektronstråleskrivning.

Anført af en fremtrædende professor i nanoingeniør og formand Joseph Wang, teamet udviklede nanorobots, eller nanomotorer, der er kemisk drevne, selvkørende og magnetisk styret. Deres proof-of-concept undersøgelse demonstrerer, at de første nanorobot-svømmere er i stand til at manipulere lys til overflademønstre i nanoskala. Den nye strategi kombinerer kontrolleret bevægelse med unikke lysfokuserende eller lysblokerende evner hos nanoskalerobotter.

"Alt, hvad vi har brug for, er disse selvkørende nanorobotter og UV-lys, "sagde Jinxing Li, en doktorand på Jacobs School of Engineering og første forfatter. "De arbejder sammen som håndlangere, bevæger sig og skriver og styres let af en simpel magnet. "

Topmoderne litografimetoder, såsom elektronstråleskrivning, bruges til at definere ekstremt præcise overflademønstre på substrater, der bruges til fremstilling af mikroelektronik og medicinsk udstyr. Disse mønstre danner de fungerende sensorer og elektroniske komponenter såsom transistorer og switche pakket på nutidens integrerede kredsløb. I midten af ​​det 20. århundrede fandt man ud af, at elektroniske kredsløb kunne mønstres på en lille siliciumchip, i stedet for at samle uafhængige komponenter i et meget større "diskret kredsløb, "revolutionerede elektronikindustrien og satte miniaturisering af enheden i gang på en skala, der aldrig var utænkelig.

I dag, som forskere opfinder enheder og maskiner på nanoskalaen, der er ny interesse for at udvikle ukonventionelle nanoskala fremstillingsteknologier til masseproduktion.

Li var omhyggelig med at påpege, at denne nanomotoriske litografimetode ikke helt kan erstatte den state-of-the-art opløsning, der tilbydes af en e-beam-skribent, for eksempel. Imidlertid, teknologien danner ramme om autonom skrivning af nanopatter til en brøkdel af omkostningerne og vanskeligheden ved disse mere komplekse systemer, hvilket er nyttigt til masseproduktion. Wangs team demonstrerede også, at flere nanorobotter kan arbejde sammen om at skabe parallelle overflademønstre, en opgave, som e-beam-forfattere ikke kan udføre.

Teamet udviklede to typer nanorobotter:en sfærisk nanorobot lavet af silica, der fokuserer lyset som en nærfeltlins, og en stangformet nanorobot lavet af metal, der blokerer lyset. Hver er selvkørende ved den katalytiske nedbrydning af hydrogenperoxidbrændstofopløsning. To typer funktioner genereres:skyttegrave og kamme. Når den fotoresist overflade udsættes for UV -lys, den sfæriske nanorobot udnytter og forstørrer lyset, bevæger sig langs for at skabe et skyttegravsmønster, mens den stangformede nanorobot blokerer lyset for at bygge et rygmønster.

"Ligesom mikroorganismer, vores nanorobots kan præcist kontrollere deres hastighed og rumlige bevægelse, og selvorganiserer sig for at nå kollektive mål, " said professor Joe Wang. His group's nanorobots offer great promise for diverse biomedical, environmental and security applications.