211service.com
Una scorciatoia per le nanostrutture di design
Un nuovo metodo di nanolitografia potrebbe ridurre i costi di produzione di chip per computer sperimentali per la ricerca elettronica e matrici di biomolecole per la biologia cellulare. Il metodo consente di depositare fini modelli di materiali, o di scolpirli, utilizzando grandi schiere di penne in silicone appoggiate su molle; combina la capacità di modellare progetti arbitrari che hanno caratteristiche su scala nanometrica con la capacità di lavorare rapidamente e su aree relativamente grandi.
Nanodot design: I punti che compongono questa immagine, che mostra la piramide di una banconota da un dollaro USA, sono distanti 150 nanometri. Una serie di queste immagini piramidali, che misurano 30 per 33 micrometri ciascuna, è stata realizzata su una pellicola d'oro utilizzando un nuovo metodo di nanolitografia.
I metodi più comuni per realizzare nanostrutture personalizzate sono la litografia dip-pen, che prevede il deposito di molecole utilizzando la punta di un microscopio a forza atomica, e la litografia a fascio di elettroni, che comporta la rimozione con fasci di elettroni. Entrambi i metodi consentono ai ricercatori di realizzare nuovi progetti con caratteristiche nanoscopiche, ma sono incredibilmente lunghi e costosi.
Per l'ultimo decennio, Chad Mirkin , professore di chimica alla Northwestern University, ha lavorato su modi per ridurre i costi e il tempo necessari per la produzione su nanoscala. Mirkin ha inventato la litografia dip-pen nel 1999; nel 2008, ha sviluppato un approccio più pratico utilizzando penne polimeriche invece di punte per microscopio. Le penne sono più economiche delle punte del microscopio, più facili da usare e lavorano su aree più grandi. Questi array di penne possono essere spruzzati con diversi inchiostri molecolari sulle loro punte e quindi attaccati al braccio mobile di un microscopio a scansione per tracciare i disegni. Gli array di penne polimeriche non sono molto bravi a modellare le caratteristiche su scala nanometrica, tuttavia, perché la punta della penna è morbida. Puoi solo andare così piccolo, dice Mirkin.
Ora Mirkin ha sviluppato un array che funziona in modo simile ma può creare funzionalità molto più piccole. Quando vengono spinti su una superficie utilizzando un microscopio a sonda a scansione, i nuovi array, costituiti da punte di silicio duro attaccate a un supporto polimerico elastico, possono depositare molecole per creare nanostrutture o agire come minuscoli scalpelli elettrici, ritagliando il materiale. È questa combinazione della punta in silicone duro e fine con il cedimento consentito dallo strato polimerico sottostante che consente una risoluzione più elevata. Mirkin chiama il metodo litografia hard-tip, soft-spring.
Questa settimana sul diario Natura , Mirkin riferisce di utilizzare questo metodo per creare modelli con caratteristiche inferiori a 50 nanometri. In una dimostrazione, i ricercatori hanno utilizzato gli array per ritagliare repliche di 30 x 30 micrometri della piramide sulla banconota da un dollaro USA su pellicole d'oro. La stampa di un'area di un centimetro quadrato di queste piramidi ha richiesto circa 200 minuti. Hanno anche stampato modelli utilizzando biomolecole e materiali elettrici.
Questo progresso ha buone possibilità di trasformare la litografia a scansione di sonda da [uso] accademico a essere un importante strumento di produzione e prototipazione ampiamente utilizzato nelle industrie dei semiconduttori e delle biotecnologie, afferma Giuseppe De Simone , professore di chimica all'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill.
Una probabile applicazione per la tecnica della litografia è la produzione di piccoli numeri di chip per computer speciali, afferma DeSimone. Vi è una crescente domanda di piccoli lotti di chip per testare nuovi progetti di circuiti, nonché di chip specializzati per applicazioni di nicchia, in particolare nel settore militare. Realizzare un nuovo chip richiede la creazione di una nuova maschera che sia l'equivalente di un negativo fotografico utilizzato per modellare i circuiti su un wafer. C'è un enorme bisogno insoddisfatto di produrre chip utilizzando approcci senza maschera, afferma DeSimone.
A breve termine, dice Mirkin, i biologi cellulari troveranno probabilmente applicazioni per la tecnica nei loro laboratori. La tecnica potrebbe aiutarli a capire il modo in cui le interazioni cellulari su scala nanometrica controllano la differenziazione delle cellule staminali e la diffusione del cancro in tutto il corpo, dice. Usando l'approccio, grandi array potrebbero essere coperti con centinaia di migliaia di cellule per ottenere informazioni statisticamente significative su come reagiscono a questi segnali chimici spazialmente modellati.
Milan Mrksich , professore di chimica all'Università di Chicago, afferma che la nuova tecnica di litografia di Mirkin potrebbe consentire aree di ricerca completamente nuove. Potrebbe consentire nuovi studi sull'adesione cellulare, per esempio. I biologi sanno che l'attaccamento di una cellula a una superficie è determinato da minuscole nanostrutture chiamate adesioni focali di dimensioni variabili. Questi sono importanti perché quando l'adesione cellulare si rompe, una cellula cancerosa potrebbe liberarsi da un tumore e diffondersi in tutto il corpo. Mrksich afferma che gli array modellati realizzati utilizzando la tecnica di Mirkin potrebbero mostrare ai biologi cellulari come la dimensione delle aderenze focali regola il comportamento cellulare.
Questo metodo dovrebbe aprire le capacità di fabbricazione del desktop a molti più ricercatori, afferma Mirkin. Una società chiamata Nano Inchiostro ha commercializzato metodi di litografia precedenti dal suo laboratorio. Dice che è probabile che l'università conceda in licenza il metodo della nanolitografia a un'azienda, non necessariamente Nano Ink. Mrksich fa anche parte del comitato consultivo scientifico di tale società.