(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van de Northwestern University hebben een nieuwe techniek ontwikkeld voor het snel prototypen van apparaten en structuren op nanoschaal, die zo goedkoop is dat de "printkop" kan worden weggegooid als ze klaar zijn.

harde tip, soft-spring lithografie (HSL) combineert het beste van scanning-probe lithografie -- hoge resolutie -- en het beste van polymeerpenlithografie -- lage kosten en gemakkelijke implementatie.

HSL kan worden gebruikt op het gebied van elektronica (elektronische schakelingen), medische diagnostiek (genchips en arrays van biomoleculen) en farmaceutica (arrays voor het screenen van kandidaat-geneesmiddelen), onder andere.

Om de mogelijkheden van de methode te demonstreren, de onderzoekers dupliceerden de piramide op het Amerikaanse biljet van één dollar en de omringende woorden ongeveer 19, 000 keer bij 855 miljoen dots per vierkante inch. Elke afbeelding bestaat uit 6, 982 punten. (Ze reproduceerden een bitmapweergave van de piramide, inclusief het "Eye of Providence.") Deze oefening benadrukt de sub-50 nanometer resolutie en de schaalbaarheid van de methode.

De resultaten worden op 27 januari gepubliceerd door het tijdschrift Natuur .

"Harde tip, soft-spring lithografie is voor scanning-sonde lithografie wat het wegwerpscheermes is voor de scheermesindustrie, " zei Chad A. Mirkin, senior auteur van de krant. "Dit is een grote stap voorwaarts in de realisatie van desktopfabricage waarmee onderzoekers in de academische wereld en de industrie on-the-fly nanostructuurprototypes kunnen maken en bestuderen."

Mirkin is de George B. Rathmann hoogleraar scheikunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences en hoogleraar geneeskunde, chemische en biologische techniek, biomedische technologie en materiaalwetenschap en techniek en directeur van Northwestern's International Institute for Nanotechnology.

Micro- en nanolithografische technieken worden gebruikt om op kleine schaal patronen te creëren en oppervlaktearchitecturen van materialen te bouwen.

Scanning sonde lithografie, met zijn hoge resolutie en registratienauwkeurigheid, is momenteel een populaire methode voor het bouwen van nanostructuren. De methode is, echter, moeilijk op te schalen en meerdere kopieën van een apparaat of structuur tegen lage kosten te produceren.

Scannende lithografieën zijn doorgaans afhankelijk van het gebruik van cantilevers als componenten van het afdrukapparaat. Cantilevers zijn microscopisch kleine hefbomen met tips, meestal gebruikt om materialen op oppervlakken te deponeren in een drukexperiment. Ze zijn kwetsbaar, duur, omslachtig en moeilijk te implementeren in een array-gebaseerd experiment.

"Het schalen van op cantilever gebaseerde architecturen tegen lage kosten is niet triviaal en leidt vaak tot apparaten die moeilijk te bedienen zijn en beperkt zijn met betrekking tot het toepassingsgebied, ' zei Mirkin.

harde tip, soft-spring lithografie maakt gebruik van een zachte polymeerrug die scherpe siliconenpunten ondersteunt als zijn "printkop". Dankzij de achterkant van geveerd polymeer kunnen alle tips op een uniforme manier in contact komen met het oppervlak en is het gebruik van uitkragingen overbodig. Eigenlijk, harde punten drijven op zachte polymere veren, waardoor materialen of energie aan een oppervlak kunnen worden afgeleverd.

HSL biedt een methode om snel en goedkoop patronen van hoge kwaliteit en met een hoge resolutie en dichtheid te produceren. De prototype-arrays met 4, 750 tips kunnen worden gefabriceerd voor de kosten van een enkele op een cantilever gebaseerde tip en in massa gemaakt, zei Mirkin.

Mirkin en zijn team demonstreerden een reeks van 4, 750 ultrascherpe siliconen tips uitgelijnd over een oppervlakte van één vierkante centimeter, met grotere arrays mogelijk. Patronen van kenmerken met een resolutie van minder dan 50 nanometer kunnen worden gemaakt met een kenmerkgrootte die wordt geregeld door de contacttijd van de punt met het substraat.

Ze produceerden patronen die "schreven" met moleculen en toonden aan dat wanneer de uiteinden tegen het substraat duwen, de flexibele achterkant samendrukt, wat aangeeft dat de tips in contact zijn met het oppervlak en dat er geschreven wordt. (De siliconen tips vervormen niet onder druk.)

"Uiteindelijk zouden we arrays moeten kunnen bouwen met miljoenen pennen, waarbij elke pen onafhankelijk wordt bediend, ' zei Mirkin.

De onderzoekers toonden ook het vermogen aan om hard-tip, lithografie met zachte veren om mechanische en elektrische energie op een oppervlak over te brengen.