211service.com
Īsceļš uz dizaineru nanostruktūrām
Jauna nanolitogrāfijas metode varētu samazināt izmaksas, kas saistītas ar eksperimentālu datoru mikroshēmu izgatavošanu elektronikas pētījumiem un biomolekulu masīvu izgatavošanu šūnu bioloģijai. Šī metode ļauj uzklāt smalkus materiālu rakstus vai izgriezt tos, izmantojot lielus silīcija pildspalvu blokus, kas atrodas uz atsperēm; tā apvieno iespēju modelēt patvaļīgus dizainus, kuriem ir nanomēroga iezīmes, ar spēju strādāt ātri un salīdzinoši lielās platībās.
Nanodot dizains: Punkti, kas veido šo attēlu, kurā redzama piramīda no ASV dolāra banknotes, atrodas 150 nanometru attālumā viens no otra. Šo piramīdas attēlu masīvs, katrs ar izmēru 30 x 33 mikrometri, tika izgatavots uz zelta plēves, izmantojot jaunu nanolitogrāfijas metodi.
Visizplatītākās metodes pielāgotu nanostruktūru izgatavošanai ir iegremdējamās pildspalvas litogrāfija, kas ietver molekulu nogulsnēšanos, izmantojot atomu spēka mikroskopa galu, un elektronu staru litogrāfija, kas ietver to izciršanu ar elektronu stariem. Abas metodes ļauj pētniekiem realizēt jaunus dizainus ar nanoskopiskām iezīmēm, taču tie ir neticami laikietilpīgi un dārgi.
Pēdējo desmit gadu laikā Čads Mirkins , Ziemeļrietumu universitātes ķīmijas profesors, ir strādājis pie veidiem, kā samazināt nanomēroga ražošanai nepieciešamās izmaksas un laiku. Mirkins 1999. gadā izgudroja iegremdējamo pildspalvu litogrāfiju; 2008. gadā viņš izstrādāja praktiskāku pieeju, izmantojot polimēru pildspalvas mikroskopa uzgaļu vietā. Pildspalvas ir lētākas nekā mikroskopa uzgaļi, ar tām ir vieglāk strādāt, un tās ir lielākas. Šos pildspalvu blokus var izsmidzināt ar dažādām molekulārām tintēm uz to galiem un pēc tam piestiprināt pie skenējošās zondes mikroskopa kustīgās rokas, lai izsekotu dizainu. Tomēr polimēru pildspalvu bloki ne pārāk labi veido nanomēroga iezīmes, jo pildspalvas gals ir mīksts. Jūs varat iet tikai tik mazs, Mirkin saka.
Tagad Mirkin ir izstrādājis masīvu, kas darbojas līdzīgi, bet var izveidot daudz mazākus līdzekļus. Kad tie tiek virzīti virs virsmas, izmantojot skenēšanas zondes mikroskopu, jaunie bloki, kas izgatavoti no cietiem silīcija galiem, kas piestiprināti pie elastīga polimēra pamatnes, var vai nu nogulsnēt molekulas, veidojot nanostruktūras, vai darboties kā mazi elektriski kalti, izgriežot materiālu. Tā ir šī cietā, smalkā silīcija uzgaļa un apakšējā polimēra slāņa sniegtās īpašības kombinācija, kas nodrošina augstāku izšķirtspēju. Mirkins metodi sauc par cieto galu, mīksto atsperu litogrāfiju.
Šonedēļ žurnālā Daba Mirkin ziņo, izmantojot šo metodi, lai izveidotu modeļus ar iezīmēm, kas mazākas par 50 nanometriem. Vienā demonstrācijā pētnieki izmantoja masīvus, lai uz zelta plēvēm izgrieztu 30x30 mikrometru piramīdas kopijas uz ASV dolāra banknotes. Šo piramīdu centimetru kvadrātveida laukuma izdrukāšana aizņēma aptuveni 200 minūtes. Viņi arī izdrukāja modeļus, izmantojot biomolekulas un elektriskos materiālus.
Šim progresam ir labas izredzes pārveidot skenēšanas zondes litogrāfiju no akadēmiskas [lietošanas] uz svarīgu ražošanas un prototipu veidošanas rīku, ko plaši izmanto pusvadītāju un biotehnoloģiju nozarēs. Džozefs DeSimons , ķīmijas profesors Ziemeļkarolīnas Universitātē Chapel Hill.
Viens no iespējamiem litogrāfijas tehnikas pielietojumiem ir neliela skaita speciālu datoru mikroshēmu ražošana, saka DeSimone. Pieaug pieprasījums pēc nelielām mikroshēmu partijām jaunu shēmu testēšanai, kā arī pēc specializētām mikroshēmām nišas lietojumiem, jo īpaši militārajā jomā. Lai izveidotu jaunu mikroshēmu, ir jāizgatavo jauna maska, kas ir līdzvērtīga fotonegatīvam, ko izmanto, lai shēmas veidotu uz vafeles. Ir milzīga neapmierināta nepieciešamība izgatavot mikroshēmas, izmantojot bezmaskas metodes, saka DeSimone.
Mirkins saka, ka īstermiņā šūnu biologi, iespējams, atradīs pielietojumu šai tehnikai savās laboratorijās. Viņš saka, ka šī metode varētu palīdzēt viņiem saprast, kā nanomēroga šūnu mijiedarbība kontrolē cilmes šūnu diferenciāciju un vēža izplatīšanos visā organismā. Izmantojot šo pieeju, lielus masīvus varētu pārklāt ar simtiem tūkstošu šūnu, lai iegūtu statistiski nozīmīgu informāciju par to, kā tie reaģē uz šīm telpiski veidotajām ķīmiskajām norādēm.
Milāns Mrksičs Čikāgas universitātes ķīmijas profesors saka, ka Mirkina jaunā litogrāfijas tehnika varētu nodrošināt pilnīgi jaunas pētniecības jomas. Tas, piemēram, varētu dot iespēju veikt jaunus šūnu adhēzijas pētījumus. Biologi zina, ka šūnas pieķeršanos virsmai nosaka sīkas nanostruktūras, ko sauc par fokusa adhēziju, kas atšķiras pēc izmēra. Tie ir svarīgi, jo, kad šūnu adhēzija sabojājas, vēža šūna var atbrīvoties no audzēja un izplatīties visā ķermenī. Mrksich saka, ka rakstainie masīvi, kas izgatavoti, izmantojot Mirkina tehniku, varētu parādīt šūnu biologiem, kā fokālās adhēzijas lielums regulē šūnu uzvedību.
Šai metodei vajadzētu atvērt galddatoru izgatavošanas iespējas daudziem citiem pētniekiem, saka Mirkins. Zvanīja kompānija Nano tinte ir komercializējis savas laboratorijas iepriekšējās litogrāfijas metodes. Viņš saka, ka universitāte, visticamāk, licencēs nanolitogrāfijas metodi uzņēmumam, ne vienmēr Nano Ink. Mrksich ir arī šī uzņēmuma zinātniskajā konsultatīvajā padomē.