211service.com
Ļaujiet dabai būt arhitektam
Iedvesmojoties no mikroorganismu veidoto formu sarežģītā skaistuma un šo organismu spējas ātri vairoties, pētnieku grupa, kuras centrā ir Džordžija, iespējams, ir atradusi efektīvu veidu, kā izveidot nanomēroga daļas nākamās paaudzes elektronikai.
Ķīmijas inženieris Kenets Sendheidžs no Džordžijas Tehnoloģiju institūta un biologu, ģenētiķu un elektronikas inženieru komanda ir publicējuši detalizētu informāciju par jaunu procesu, lai smalki detalizētus kramaļģu, viena veida aļģu veida, silīcija dioksīda skeletus pārveidotu sintētiskās replikās. izgatavoti no tādiem materiāliem kā titāna dioksīds, kas vada elektrību un varētu tikt izmantots elektroniskajās ierīcēs.
Jaunie paņēmieni izmanto pašas kramaļģu spēju vairoties, un tos var izmantot, lai masveidā ražotu sarežģītas trīsdimensiju struktūras.
Lielisks darbs ir apraksts, ko piemērojis Karls Berggrēns, vadītājs Kvantu nanostruktūras un nanofabrikas grupa MIT, kurš nebija iesaistīts pētījumā. Tā ir jauna koncepcija noteiktām lielām nanoražošanas problēmām.
Sandhage stāsta, ka ideja viņam radās pēc tam, kad autobusa braucienā sēdēja blakus jūras biologam. Viņa parādīja viņam izsmalcinātās, Ziemassvētku rotājumiem līdzīgās struktūras, ko veidoja kramaļģes. Sandhage nolēma mēģināt audzēt organismus kā potenciālo nanoierīču veidnes.
Šī daļa ir vienkārša, jo kramaļģes vairojas šūnu dalīšanās ceļā, izveidojot divas precīzas to silīcija čaumalu kopijas. Pēc 40 paaudzēm viena diatoma būs savairojusies triljonos eksemplāru.
Pēc tam Sandhage izmanto vairākas metodes, lai pārklātu diatomu apvalkus ar metāliskām vielām vai pilnībā aizstātu tos. Viņš izmanto tādus materiālus kā titāna dioksīds (pazīstams arī kā titāna oksīds), kas ir labāki vadītāji un spēj izturēt termisko spriegumu, kas ir divas svarīgas elektronikā izmantojamo materiālu īpašības.
Iegūtajām struktūrām ir pazīmes, kas mērītas desmitos nanometru, kas ir salīdzināmas ar mazākajām mikroshēmu iezīmēm, kas mūsdienās ražotas, izmantojot parastās fotolitogrāfijas metodes. Atšķirība: izmantojot Sandhage pieeju, sarežģītas trīsdimensiju formas var izveidot daudz ātrāk.
Tas ir svarīgi, jo trīsdimensiju mikroshēmu dizains varētu palīdzēt mikroshēmu ražotājiem turpināt piegādāt jaudīgākus mikroprocesorus tādā tempā, kā noteikts Mūra likumā, kurā teikts, ka tranzistoru skaits, kas var ievietot mikroshēmā, dubultojas aptuveni ik pēc diviem gadiem.
Parasto fotolitogrāfiju var izmantot, lai izveidotu trīsdimensiju struktūras, vienlaikus pievienojot un kodinot vienu silīcija slāni, taču tas ir satraucoši lēns process, saka Berggrēns.
Norādot uz attēlu, kas publicēts Sandhage rakstā, kas parādījās Starptautiskais lietišķās keramikas tehnoloģiju žurnāls – Berggrēns saka: Es nekādi nezinu, ka mēs varētu izveidot šo struktūru bez tehnoloģijām, ko viņi izstrādā.
Sandhage projekts nav pirmā reize, kad pētnieki ir izmantojuši organiskas veidnes, lai ražotu nanomēroga ierīces un materiālus. Andžela Belčere, MIT Materiālzinātnes un inženierzinātņu katedras profesore, ir izmantojusi vīrusu proteīnus, lai apkopotu dažādus materiālus, un starta uzņēmums ar nosaukumu Cambrios meklē sava darba komerciālus pielietojumus.
Daniels Soliss, Belčera laboratorijas absolvents, strādā pie vīrusiem, kas var pievienoties zelta elektrodiem un pārklāties ar pusvadītāju materiālu; galu galā viņš cer izmantot vīrusus, lai izgatavotu strādājošus tranzistorus.
Kramaļģes varētu nodrošināt veidnes daudzu citu veidu struktūrām, taču vēl nav skaidrs, kādi tieši veidi. Sandhage cer, ka simtiem tūkstošu unikālas formas diatomu piemēru dabā iedvesmos inženierus apsvērt jaunas dizaina iespējas procesoriem un atmiņas mikroshēmām.
Sandhage kolēģi jau mācās par to, kā kramaļģu gēni nosaka to formu, cerot ļaut inženieriem izstrādāt kramaļģes atbilstoši savām specifikācijām.
Vienas kramaļģu sugas genoms ir pilnībā sekvencēts, un vēl viena ir ceļā. Marks Hildebrands, Scripps Okeanogrāfijas institūta molekulārais biologs un Sandhage partneris, uzskata, ka dabisko kramaļģu formu daudzveidība liecina, lai gan pretēji intuitīviem, ka ir tikai daži galvenie gēni, kas kontrolē šīs formas.
Ja ir tikai daži galvenie gēni, viņš saka, tad būtu nepieciešamas salīdzinoši maz mutāciju, lai radītu milzīgo esošo formu daudzveidību. Hildebrands cer, ka šo gēnu identificēšana un manipulācijas gan ar gēniem, gan ar vidi, kurā aug kramaļģes, ļaus pētniekiem izveidot jaunas struktūras.
Tā ir cerība, ko atbalsta Lucent Technologies Džoanna Aizenberga, kura ir izgatavojusi sīkas lēcas, kuras iedvesmojusi sūkļu struktūra.
Spēja izprast ģenētiku — kā kramaļģes rada dažādas formas — var dot mums iespēju radīt nedabiskas formas, izmantojot to ģenētiskos kodus, saka Aizenbergs.
Sandhage brīdina, ka diatomu projektēšana un to sakārtošana elektroniskām ierīcēm noderīgās struktūrās nav triviāls izaicinājums. Aizenbergs un Berggrēns saka, ka piekrīt, taču abi ir atturīgi optimistiski.
Var būt ierobežojumi, cik patvaļīgi viņi var tos izstrādāt, saka Berggrēns. [Bet] Es domāju, ka viņi spēs konstruēt šos kramaļģes, lai izveidotu dažāda veida struktūras.
Tikmēr Sandhage jau ir izstrādājis pāris izmantošanas veidus savām jaunajām struktūrām, tostarp izmantojot materiālus, kas katalizē ķīmiskās reakcijas kā pārklājumu kramaļģiem. Lielā virsmas laukuma attiecība pret tilpumu struktūrās, kuru pamatā ir kramaļģes, padara tās par ideāliem katalizatoriem, kad tās brīvi peld šķīdumā, saka Sandhage.
Viņš ir izmantojis ar katalizatoru pārklātas kramaļģes, lai iznīcinātu pesticīdus. Šo metodi var izmantot, lai novērstu bīstamo ķīmisko vielu noplūdi straumēs un gruntsūdeņos. Viņš ir veidojis arī fotoluminiscējošas struktūras, pārklājot kramaļģes ar materiāliem, kas spīd noteiktā gaismas viļņa garumā. Struktūras kādu dienu varētu izmantot datoru displejos.