Настолен печат на нано ниво

Поддържа се от a Награда на CBC Lever, групата на Чад Миркин в NU докладвано на 19 юли 2013 г. в Nature Communications разработването на пробивен литографски инструмент, който е способен да създава разнообразни и сложни модели при наноразделителна способност върху повърхност с мащаб от сантиметър. Този инструмент за нанопроизводство е евтин и подобен на настолен принтер. Този „настолен нанофаб“ може да даде възможност за производство на наномащабни работни устройства и конструкции в точката на употреба както в академичните среди, така и в индустрията.

Нов инструмент с ниска цена и висока разделителна способност е подготвен да революционизира начина, по който се произвеждат нанотехнологии от работния плот, според ново проучване на изследователи от Северозападния университет.

Понастоящем най-много нанопроизводства се извършват в централизирани съоръжения за милиарди долари, наречени леярни. Това е подобно на отпечатването на документи в централизираните печатници. Помислете обаче как настолният принтер революционизира трансфера на информация, като позволява на хората да отпечатват евтино документи, ако е необходимо. Тази промяна на парадигмата е причината да има амбиция в цялата общност в областта на нанонауката да се създаде инструмент за нанофабрикация за настолни компютри.

август
„С този пробив можем да конструираме много висококачествени материали и устройства, като например обработка на полупроводници на големи площи, и можем да го направим с инструмент, малко по-голям от принтера“, каза Чад А. Миркин, старши автор на изследването и световно известен пионер в областта на нанонауката.

Миркин (вдясно) е професор по химия на Джордж Б. Ратман в колежа по изкуства и науки в Уайнбърг и професор по медицина, химическо и биологично инженерство, биомедицинско инженерство и материалознание. Той е и директор на Northwestern’s International Institute for Nanotechnology.

Изследването, озаглавено „Настолна наноизработка с масивно мултиплексирана литография с лъчеви писалки“, е публикувано на 19 юли 2013 г. в Nature Communications.

Инструментът, създаден от екипа на Миркин, произвежда работещи устройства и структури на наномащабно ниво за броени часове, точно в момента на използване. Това е еквивалентът на нанофабриката на настолен принтер.

Без да изисква милиони долари разходи за инструментариум, инструментът е готов да прототипира разнообразен набор от функционални структури, от генни чипове до протеинови масиви до изграждане на модели, които контролират как диференцират стволовите клетки до създаване на електронни вериги.

„Вместо да се нуждаете от достъп до милиони долари, в някои случаи милиарди долари контролно-измервателни уреди, можете да започнете да създавате устройства, които обикновено изискват такъв тип уреди точно в момента на използване“, каза Миркин.

Хартията подробно описва постиженията на екипа на Миркин в нанофабриката за настолни компютри, базирана на лесно изработени масиви от химикалки (BPL), структури, които се състоят от редица полимерни пирамиди, всяка от които е покрита с непрозрачен слой със 100 нанометров отвор на върха . С помощта на цифрово микроогледално устройство, функционалният компонент на проектора, един лъч светлина се разделя на хиляди отделни лъчи, всеки от които се насочва надолу по гърба на различни пирамидални писалки в масива и през отворите на върха на всяка писалка.

Инструментът за нанофабрикация позволява бързо обработване на субстрати, покрити с фоточувствителни материали, наречени резисти, и генериране на структури, обхващащи макро-, микро- и наномащабите, всичко това в един експеримент.
Основният напредък, постигнат от екипа на Миркин, включва разработване на хардуер, писане на софтуер за координиране на посоката на светлината върху масива на писалката и изграждане на система, която да накара всички части на този инструмент да работят в синхрон. Този подход позволява на всяка писалка да напише уникален шаблон и тези шарки да бъдат обединени във функционални устройства.

„Няма нужда да създавате маска или главна плоча всеки път, когато искате да създадете нова структура“, каза Миркин. „Просто задавате лъчите светлина да ходят на различни места и да казвате на писалките какъв модел искате да генерирате.“ Тъй като материалите, използвани за направата на настолния инструмент за наноизработка, са лесно достъпни, комерсиализацията може да е само на две години, каза Миркин. Междувременно екипът му работи върху изграждането на повече устройства и прототипи.

В статията Миркин обяснява как неговата лаборатория е създала карта на света (вдясно), с наноразмерна резолюция, която е достатъчно голяма, за да се види с невъоръжено око, подвиг, невиждан досега с инструмент за сканираща сонда. Не само това, но и по-внимателният поглед с микроскоп разкрива, че това изображение всъщност е мозайка от отделни химически формули, съставени от наномащабни точки. Осъществяването на този шаблон демонстрира способността на инструмента да записва едновременно сантиметрови модели с наноразмерна резолюция.

Чад Миркин е съполучател на a Награда за CBC лост, Наноматериали за диагностика и терапия на рака, които съответстват на наградата на Националния институт по рака (NCI), за да помогнат за създаването на съвместна мрежа от центрове за раково нанотехнологично съвършенство (CCNEs).

Адаптиран от: Настолен печат на нано ниво, от Ерин Уайт, NU News, 19 юли 2013 г.

Кредити за изображения: Чад Миркин (Wikimedia Commons). Фигура: (а) Фотографско изображение на произволен шаблон с размер 9 × 9 mm 2, част от линийка е показана за мащаб. (б) Увеличена снимка на модела в a, с вложка, изобразяваща изображението, от което е генерирана мозайката (адаптирано от Nature Communications).

Това проучване беше подкрепено от DARPA/MTO Award N66001-08-1-2044, AOARD Award FA2386-10-1-4065, AFOSR Awards FA9550-12-1-0280 и FA9550-12-1-0141, NSF Awards DBI-1152139 и DMB-1124131, награди за стипендии DoD/NPS/NSSEF N00244-09-1-0012 и N00244-09-1-0071, Чикагски биомедицински консорциум с подкрепата на Searle Funds в The Chicago Community Trust и инициатива CCNE на NIH Award U54 CA151880.