Pašmontāža

Tā kā pētnieki sāk mēģināt veidot ierīces un jaunus materiālus nanomērogā (nanometrs ir miljardā daļa no metra, dažu atomu izmērs), viņi saskaras ar milzīgu izaicinājumu. Lai gan daudzos gadījumos ir iespējams virzīt molekulas, lai veidotu sīkas struktūras un pat funkcionējošas ierīces, efektīva masveida ražošana ar nanomēroga funkcijām ir pavisam cits jautājums. Bet ko darīt, ja miljoniem šo nanoelementu veiktu smaguma pacelšanu un saliktu sevi vēlamajās konstrukcijās, izvairoties no dārgu un sarežģītu ražošanas instrumentu izmantošanas?

Pašmontāža ir kļuvusi par vienu no nanotehnoloģijas svētajiem grāliem, un zinātnieki daudzās laboratorijās strādā, lai to pārveidotu par efektīvu nanoinženierijas rīku. Savā ziņā pašsavienošanās nav nekas jauns: bioloģija to dara visu laiku. Un gadu desmitiem zinātnieki ir pētījuši supramolekulāro ķīmiju, uzzinot ne tikai to, kā molekulas saistās viena ar otru, bet arī to, kā liels skaits molekulu var apvienoties, veidojot struktūras; patiesībā pašsavienošanās jēdziens lielā mērā izauga no ķīmiķu mēģinājumiem izveidot molekulas, kas spontāni agregējas īpašās konfigurācijās, tādā pašā veidā, kā bioloģiskās molekulas veido sarežģītas šūnu membrānas.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2001. gada novembra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Bet tagad, paplašinot izpratni par to, kā molekulas un mazas daļiņas mijiedarbojas viena ar otru, pētnieki var sākt prognozēt, kā šādi elementi var paši sevi salikt lielākās, noderīgās struktūrās, piemēram, pusvadītāju mikroshēmas tranzistoros. Pašmontāža nodrošina ļoti vispārīgu veidu, kā izgatavot konstrukcijas no pārāk mazām vai pārāk daudzām detaļām, lai tās apstrādātu robotizēti, saka Džordžs Vaitsaids, Hārvardas universitātes ķīmiķis un pionieris šajā jomā.

Lai labāk izprastu, kā darbojas pašmontāža, Vaitsaids un viņa kolēģi nesen ir parādījuši, ka mikroskopisku zelta plākšņu virsmu selektīva pārklāšana ar lipīgu organisko plēvi piemērotos apstākļos var izraisīt tūkstošiem šādu plākšņu pašsavienošanos trīsdimensiju formā. struktūras. Līdz šim Whitesides komanda ir izveidojusi salīdzinoši lielu funkcionālu elektronisko shēmu, izmantojot līdzīgu tehniku. Nākamais solis ietvers ķēdes saraušanu līdz mikrometra skalai, izveidojot sarežģītākas trīsdimensiju struktūras no silīcija. Lai gan mikrometra izmēra elektroniskie komponenti nav nekas jauns, Intel tos ražo visu laiku, Vaitsaidsa eksperimenti varētu sniegt vērtīgas norādes, kā labāk manipulēt ar pašmontēšanu.

Arī pati daba sniedz zinātniekiem modeli, kā izveidot pašmontējamas elektroniskas ierīces. Materiālu zinātniece Andžela Belčere Teksasas Universitātē Ostinā sakārtoja miljardiem dažādu proteīnu, lai atrastu tos, kas atpazīst dažāda veida neorganiskos materiālus un saistās ar tiem. Piemēram, viens proteīna gals var saistīties ar konkrētu metāla daļiņu, bet otrs gals var pielipt pie pusvadītāja, piemēram, gallija arsenīda, virsmas. Ņemot vērā pareizos norādījumus, proteīni varētu virzīt neorganisko materiālu nano izmēra daļiņas, veidojot dažādas struktūras.

Pagājušajā pavasarī Belčers līdzdibināja uzņēmumu Semzyme, kas plāno izveidot šo proteīnu mediēto celtniecības bloku bibliotēku. Tiem var būt daudz tehnoloģisku pielietojumu, piemēram, biomedicīnas sensoru, augsta blīvuma magnētisko uzglabāšanas disku vai mikroprocesoru izgatavošanā.

Ķīmiķi laboratorijās, piemēram, Hewlett-Packard, Kalifornijas Universitātē, Losandželosā, Jēlas Universitātē un Raisa universitātē, arī mēģina izstrādāt pašmontētus molekulāros datorus. Tomēr, ja viņiem izdosies, tas prasīs vairākus gadus.

Tikmēr citi pētnieki sper straujus soļus pašmontāžas izmantošanā, lai izveidotu arvien sarežģītākas un arvien mazākas trīsdimensiju struktūras, kas varētu būt saderīgas ar esošajām ierīcēm. Piemēram, atsevišķas diskdziņa funkcijas, piemēram, datu nesēju, var izveidot, izmantojot pašmontāžu, savukārt lielākas sastāvdaļas, kas vajadzīgas, lai ierīci savienotu ar ārpasauli, tiktu izgatavotas, izmantojot parastās metodes. Mēs ceram, ka pašmontāža spēs lēti aizstāt noteiktus materiālu un ierīču ražošanas posmus, kur nepieciešama kontrole molekulārā līmenī, saka inženieris Kristofers Marejs no IBM Research nanomēroga zinātnes nodaļas Yorktown Heights, NY.

Ja viņam ir taisnība, nano inženierija kļūs daudz vienkāršāka.

paslēpties