Sikertörténet, 2013. augusztus 9

Asztali nyomtatás nano szinten

Támogatja a CBC Lever Award, Chad Mirkin csoportja az NU-ban számolt be 2013. július 19-én Nature Communications olyan áttörő litográfiai eszköz kifejlesztése, amely képes centiméteres felületen változatos és összetett minták létrehozására nano-felbontásban. Ez a nanagyártó eszköz olcsó és hasonló az asztali nyomtatóhoz. Ez az „asztali nanofab” lehetővé teheti a nanoméretű munkaeszközök és struktúrák előállítását mind a tudományos, mind az iparban.

Az északnyugati egyetem kutatóinak új tanulmánya szerint egy új, olcsó, nagy felbontású eszköz forradalmasítja a nanotechnológia asztali gyártását.

Jelenleg a legtöbb nangyártást több milliárd dolláros központosított létesítményekben, öntödéknek hívják. Ez hasonló a központosított nyomdákban lévő dokumentumok nyomtatásához. Gondoljon azonban arra, hogy az asztali nyomtató miként hozta forradalomba az információátadást azáltal, hogy lehetővé tette az egyének számára, hogy szükség szerint olcsón nyomtassák a dokumentumokat. Ez a paradigmaváltás volt az oka annak, hogy a nanotudomány területén az egész világra kiterjedő törekvés volt egy asztali nanagyártási eszköz létrehozása.

"Ezzel az áttöréssel nagyon jó minőségű anyagokat és eszközöket készíthetünk, például félvezetőket nagy területeken dolgozhatunk fel, és ezt egy nyomtatónál kissé nagyobb műszerrel is megtehetjük" - mondta Chad A. Mirkin, a tanulmány vezető szerzője és világszerte elismert úttörő a nanotudomány területén.

Mirkin (jobbra) a Weinbergi Művészeti és Tudományos Főiskola kémia professzora, George B. Rathmann, valamint az orvostudomány, a vegyi és biológiai mérnöki, az orvosbiológiai, az anyagtudományi és a mérnöki professzor. Emellett az északnyugati Nemzetközi Nanotechnológiai Intézet igazgatója.

A tanulmányt „Asztali nanagyártás masszívan multiplexált nyaláb-toll litográfiával” címmel 2013. július 19-én tették közzé a Nature Communications-ben.

Az eszköz, amelyet Mirkin csapata létrehozott, néhány óra alatt, közvetlenül a felhasználás helyén nanoméretű szintű működő eszközöket és szerkezeteket állít elő. Ez egy asztali nyomtató nanagyártási megfelelője.

Anélkül, hogy több millió dolláros műszerköltséget igényelne, az eszköz készen áll a funkcionális struktúrák sokféle prototípusának megalkotására, a génchipektől a fehérjetömbökön át az építési mintákig, amelyek vezérlik az őssejtek differenciálódását az elektronikus áramkörök készítéséig.

"Ahelyett, hogy dollármilliókhoz, egyes esetekben dollármilliárdokhoz kellene hozzáférni, elkezdheti olyan eszközök gyártását, amelyek általában ilyen típusú műszereket igényelnek közvetlenül a felhasználás helyén" - mondta Mirkin.

A cikk részletezi azokat az előrelépéseket, amelyeket Mirkin csapata az asztali nanagyártás terén elért, könnyen elkészíthető gerenda-toll litográfia (BPL) toll tömbök alapján. Ezek a szerkezetek polimer piramisok tömbjéből állnak, mindegyik átlátszatlan réteggel, 100 nanométeres nyílással a végén . Digitális mikrotükör eszköz, a projektor funkcionális alkotóeleme segítségével egyetlen fénysugár több ezer különálló nyalábra bomlik fel, amelyek mindegyike a különböző piramis alakú tollak hátsó részén kerül lefelé a tömbön belül és az egyes tollak hegyén lévő nyílásokon keresztül.

A nanotechnológiai eszköz lehetővé teszi, hogy gyorsan feldolgozzuk a fényérzékeny anyagokkal bevont szubsztrátumokat, úgynevezett rezisztákat, és olyan struktúrákat állítsunk elő, amelyek lefedik a makro-, mikro- és nanoszkópokat, egy kísérletben.
A Mirkin csapatának legfontosabb előrelépései közé tartozik a hardver fejlesztése, a szoftver írása a fény irányának koordinálására a tolltömbön és egy rendszer felépítése, hogy a hangszer összes darabja szinkronban működjön együtt. Ez a megközelítés lehetővé teszi, hogy minden toll egyedi mintát írjon, és ezeket a mintákat funkcionális eszközökké varrják össze.

"Nem kell maszkot vagy mesterlemezt létrehozni minden alkalommal, amikor új struktúrát szeretne létrehozni" - mondta Mirkin. "Csak hozzárendeli a fénysugarakat, hogy különböző helyeken járjanak, és elmondják a tollaknak, hogy milyen mintát akarnak létrehozni." Mivel az asztali nanagyártó eszköz elkészítéséhez felhasznált anyagok könnyen hozzáférhetők, a forgalmazás akár két évre is elmaradhat - mondta Mirkin. Időközben csapata további eszközök és prototípusok építésén dolgozik.

A cikkben Mirkin elmagyarázza, hogy laboratóriuma hogyan készítette el a világtérképet (jobbra), nanoméret-felbontással, amely elég nagy ahhoz, hogy szabad szemmel is lássa, ezt a teljesítményt még soha nem sikerült elérni egy szkennelő szondával. Nem csak ez, hanem egy mikroszkóppal végzett alaposabb vizsgálat során kiderül, hogy ez a kép valójában az egyes kémiai képletek mozaikja, amelyek nanoméretű pontokból állnak. Ennek a mintának a készítése bemutatja a műszer azon képességét, hogy egyidejűleg centiméteres léptékű mintákat írjon nanoszkóp felbontással.

Chad Mirkin társtársa a CBC Lever Award, A rákdiagnosztika és terápiák nanoanyagai, amelyek elérték a Nemzeti Rákkutató Intézet (NCI) díját, hogy segítsenek a rák nanotechnológiai kiválósági központjainak (CCNE) együttműködési hálózatának létrehozásában.

Átvett: Asztali nyomtatás nanoszinten, Erin White, NU News, 2013. július 19

Kép jóváírások: Csád Mirkin (Wikimedia Commons). Ábra: (a) Egy tetszőleges 9 × 9 mm 2 méretű minta fényképe, a vonalzó egy része méretarányosan látható. (b) A mintának nagyított fényképe az a-ban, egy betéttel, amely ábrázolja azt a képet, amelyből a mozaik keletkezett (adaptálva a Nature Communications-től).

Ezt a tanulmányt a DARPA/MTO Award N66001-08-1-2044, az AOARD Award FA2386-10-1-4065, az AFOSR Awards FA9550-12-1-0280 és FA9550-12-1-0141, az NSF Awards DBI-1152139 támogatása támogatta. és a DMB-1124131, DoD/NPS/NSSEF ösztöndíjak N00244-09-1-0012 és N00244-09-1-0071, Chicago Biomedical Consortium a Searle Funds támogatásával a The Chicago Community Trust-nál és az CCIE kezdeményezéssel, az NIH Award U54 CA151880 díjjal.