(PhysOrg.com) -- Wetenschappers van Georgia Tech hebben een nanolithografische techniek ontwikkeld die patronen met een hoge resolutie van ten minste drie verschillende chemicaliën op een enkele chip kan produceren met schrijfsnelheden tot één millimeter per seconde. De chemische nanopatronen kunnen op maat worden ontworpen met elke gewenste vorm en zijn voldoende stabiel gebleken om wekenlang te bewaren en vervolgens elders te gebruiken. De techniek, bekend als Thermochemical Nanolithography wordt gedetailleerd beschreven in de december 2009 editie van het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen . Het onderzoek heeft toepassingen in een aantal wetenschappelijke gebieden, van elektronica tot geneeskunde.

"De kracht van deze methode is echt de mogelijkheid om goedkope, chemische patronen met hoge resolutie en hoge dichtheid op een monster dat in elk laboratorium over de hele wereld kan worden afgeleverd, waar zelfs niet-experts in nanotechnologie het monster in de gewenste oplossing kunnen dopen en, bijvoorbeeld, nano-arrays van eiwitten maken, DNA of nanodeeltjes, " zei Elisa Riedo, universitair hoofddocent aan de School of Physics van het Georgia Institute of Technology.

conceptueel, de techniek is verrassend eenvoudig. Met behulp van een atoomkrachtmicroscoop (AFM), onderzoekers verhitten een siliconentip en laten deze over een dunne polymeerfilm lopen. De warmte van de punt veroorzaakt een lokale chemische reactie aan het oppervlak van de film. Deze reactie verandert de chemische reactiviteit van de film en transformeert het van een inert oppervlak in een reactief oppervlak dat selectief andere moleculen kan hechten. Het team ontwikkelde de techniek voor het eerst in 2007. Nu hebben ze enkele belangrijke nieuwe wendingen toegevoegd die thermochemische nanolithografie (TCNL) een uiterst nuttig hulpmiddel zouden moeten maken voor wetenschappers die op nanoschaal werken.

"We hebben een manier ontwikkeld om onafhankelijke patronen van meerdere chemicaliën op een chip te maken die in elke gewenste vorm kunnen worden getekend, " zei Jennifer Curtis, assistent-professor aan de School of Physics.

Het is belangrijk om hoge-resolutiekenmerken van verschillende chemicaliën in willekeurige vormen te creëren, omdat sommige nanolithografietechnieken beperkt zijn tot slechts één chemie, lagere resoluties en/of vaste vormen. In aanvulling, TCNL's snelheidscapaciteit van één millimeter per seconde maakt het orden van grootte sneller dan de veelgebruikte dip-pen-nanolithografie, die routinematig klokt met een snelheid van 0,0001 millimeter per seconde per pen.

Het onderzoek wordt mogelijk gemaakt door verwarmde AFM-sondetips die een hotspot kunnen creëren met een diameter van slechts enkele nanometers. Dergelijke tips zijn ontworpen en vervaardigd door medewerker professor William King aan de Universiteit van Illinois, Urbana-Champagne. "De verwarmde punt maakt het mogelijk om chemische reacties op nanoschaal te sturen, " zei koning.

De nieuwe techniek produceert meerdere chemische patronen op dezelfde chip door de AFM te gebruiken om een ​​polymeerfilm te verwarmen en de reactiviteit ervan te veranderen. De chip wordt vervolgens in een oplossing gedompeld, waardoor chemicaliën (bijvoorbeeld eiwitten of andere chemische linkers) in de oplossing om te binden aan de chip op de delen waar deze is verwarmd. De AFM verwarmt de film vervolgens op een andere plek. De chip wordt in een andere oplossing gedompeld en weer kan een andere chemische stof aan de chip binden.

In de krant, de wetenschappers laten zien dat ze amine kunnen modelleren, thiol, aldehyde en biotine met behulp van deze techniek. Maar in principe zou TCNL voor bijna elke chemische stof kunnen worden gebruikt. Hun werk laat ook zien dat de chemische patronen kunnen worden gebruikt om functionele materialen aan de oppervlakte te ordenen, zoals eiwitten en DNA.

"De kracht van deze techniek is dat het in principe met bijna elk chemisch of chemisch reactief nano-object kan werken. Wetenschappers kunnen er heel snel veel dingen mee tekenen die vervolgens kunnen worden omgezet in een aantal verschillende dingen, die zelf selectief kunnen binden aan nog een aantal andere dingen. Dus, het maakt niet uit of je geïnteresseerd bent in biologie, elektronica, geneeskunde of scheikunde, TCNL kan het reactieve patroon creëren om te binden wat u kiest, " zei Seth Marder, professor in Tech's School of Chemistry and Biochemistry en directeur van het Center for Organic Photonics and Electronics.

In aanvulling, Met TCNL kan het chemische schrijven op de ene locatie worden gedaan met de nano-objectpatronen op een andere, zodat wetenschappers die geen experts zijn in het schrijven van chemische patronen op nanoschaal er toch hun objecten aan kunnen bevestigen. Het is de stabiliteit van de techniek die dit mogelijk maakt.

"Als je het patroon eenmaal hebt getekend, het is zeer stabiel en niet-reactief. We hebben aangetoond dat je het langer dan een maand kunt hebben, haal het eruit en dompel het in en het zal nog steeds binden, ' zei Riedo.

"Ik zou graag denken dat mensen over een aantal jaren toegang zullen hebben tot een TCNL-tool waarmee ze dit patroon kunnen maken op een plaats als Georgia Tech, dat is veel minder duur dan het soort nanolithografietools dat we momenteel in onze cleanroom gebruiken, ' zei Marder.