Æggekarton-lignende mønster holder ladede nanopartikler på plads og egnet til en lang række applikationer

Forskere ved University of Michigan og Seoul National University of Science and Technology har udtænkt en ny metode til fremstilling af enheder, der kræver præcis størrelse og positionerede mikro- og nanoskala partikler. Teknikken er velegnet til en bred vifte af samling af objekter i mikro- og nanoskala og nyttig til elektroniske enheder og biologiske applikationer.

"Det er meget svært at regulere ting i mikroskopisk og nano-skala. Du vil have, at partiklerne skal sidde der, og det vil de ikke," siger Jay Guo, projektleder og professor i elektroteknik og datalogi. "Vi fandt en måde at sortere og lokalisere store mængder partikler på, og vi kan gøre det på en meget skalerbar måde."

Med denne evne ville ingeniører være i stand til mere effektivt at fremstille og samle fotoniske krystaller, filtreringsenheder og biologiske analyser, skabe mere følsomme sensorenheder og meget mere.

Guo har arbejdet inden for nanofremstilling i årtier, begyndende med sit arbejde med roll-to-roll nanoimprint litografi. Han skiftede til den nuværende metode til nanomønster, der kun stolede på en skiveskåret siliciumwafer på grund af dens relative enkelhed og hastighed.

Den nye metode tilføjer en elektrisk ladning, som ser ud til at gøre hele forskellen.

Oprettelse af den mikrofluidiske enhed

Målet med denne forskning var at ende med et lag af velordnede og lige store mikro- eller nanopartikler, der kunne integreres i en enhed med højdensitetsarrays. Nuværende metoder til at gøre dette har en tendens til at være kedelige, mens de kræver komplicerede strukturer. Eller de er bedst egnede til partikler, der er 10s til 100s mikrometer, hvilket efterlader adskillelsen og sorteringen af ​​sub-mikrometer partikler en vedvarende udfordring.

Guo og hans internationale team af forskere, herunder tidligere studerende prof. Jong G. Ok, sammensatte en mikrofluidisk enhed, der nåede deres ønskede mål ved hjælp af en metode, der også er skalerbar og relativt lav pris. Oks team har fortsat med at presse indskrivningsteknologien på hans institut i Korea.

Hjertet i enheden er et specialdesignet substrat, der fanger partiklerne af en bestemt størrelse i et ordnet arrangement. For at gøre dette skabte forskerne først fordybninger, i form af nanovoider, i et polycarbonatsubstrat gennem en mønsterteknik kendt som dynamisk nanoinscribing (DNI). De resulterende nanovoider havde alle samme størrelse.

Substratet overtrækkes derefter med Al2O3 og får en positiv ladning efter at være nedsænket i en saltopløsning.

Figur 1 viser testopsætningen, som gør det muligt for submikron-størrelse fluidiske partikler at komme ind i systemet og flyde over substratet, før de forlader. Disse partikler er negativt ladede for at øge deres tiltrækning til de positivt ladede nanovoider i substratet. De fik også fluorescerende mærker for nem påvisning.

Det kunne forventes, at de fleste af partiklerne simpelthen ville falde til bunden af ​​væsken og hvile på substratet, men det er ikke, hvad der skete.

I stedet hvilede kun dem af en bestemt størrelse i nanovoiderne. Tre forskellige størrelser af partikler blev sprøjtet ind i systemet:200nm, 500nm og 1.000nm (eller 1 + Udforsk yderligere

Mikromiljøpåvirkninger på kunstige mikromotorer