Een nieuwe goedkope, tool met hoge resolutie is klaar om een ​​revolutie teweeg te brengen in de manier waarop nanotechnologie wordt geproduceerd vanaf de desktop, volgens een nieuwe studie van onderzoekers van de Northwestern University.

Momenteel, de meeste nanofabricage wordt gedaan in gecentraliseerde faciliteiten van miljarden dollars die gieterijen worden genoemd. Dit is vergelijkbaar met het afdrukken van documenten in gecentraliseerde drukkerijen. Overwegen, echter, hoe de desktopprinter een revolutie teweegbracht in de overdracht van informatie door individuen in staat te stellen goedkoop documenten af ​​te drukken als dat nodig is. Deze paradigmaverschuiving is de reden waarom er een gemeenschapsbrede ambitie is op het gebied van nanowetenschap om een ​​desktop nanofabricage-tool te creëren.

"Met deze doorbraak we kunnen materialen en apparaten van zeer hoge kwaliteit construeren, zoals het verwerken van halfgeleiders over grote gebieden, en we kunnen het doen met een instrument dat iets groter is dan een printer, " zei Chad A. Mirkin, senior auteur van de studie en een wereldberoemde pionier op het gebied van nanowetenschap.

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 materiaalkunde en techniek. Hij is ook de directeur van Northwestern's International Institute for Nanotechnology.

De studie wordt op 19 juli gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

De tool die het team van Mirkin heeft gemaakt, produceert binnen enkele uren werkende apparaten en structuren op nanoschaalniveau, precies op het punt van gebruik. Het is het nanofabricage-equivalent van een desktopprinter.

Zonder dat er miljoenen dollars aan instrumentatiekosten nodig zijn, de tool is klaar om prototypes te maken van een breed scala aan functionele structuren, van genchips tot eiwitarrays tot het bouwen van patronen die bepalen hoe stamcellen differentiëren tot het maken van elektronische circuits.

"In plaats van toegang te hebben tot miljoenen dollars, in sommige gevallen miljarden dollars aan instrumentatie, u kunt beginnen met het bouwen van apparaten die normaal gesproken dat type instrumentatie nodig hebben, direct op het punt van gebruik, ' zei Mirkin.

Het document beschrijft de vooruitgang die het team van Mirkin heeft geboekt in desktop nanofabricage op basis van eenvoudig te vervaardigen beam-pen lithography (BPL) pen-arrays, structuren die bestaan ​​uit een reeks polymere piramides, elk bedekt met een ondoorzichtige laag met een opening van 100 nanometer aan de punt. Met behulp van een digitaal microspiegelapparaat, het functionele onderdeel van een projector, een enkele lichtstraal wordt opgedeeld in duizenden afzonderlijke stralen, elk gekanaliseerd langs de achterkant van verschillende piramidale pennen binnen de array en door de openingen aan de punt van elke pen.

Met de nanofabricagetool kan men snel substraten verwerken die zijn gecoat met lichtgevoelige materialen die resists worden genoemd en structuren genereren die de macro-, micro- en nanoschalen, alles in één experiment.

De belangrijkste vorderingen die het team van Mirkin heeft gemaakt, zijn onder meer de ontwikkeling van de hardware, het schrijven van de software om de richting van het licht op de pennenreeks te coördineren en het bouwen van een systeem om alle onderdelen van dit instrument synchroon te laten samenwerken. Deze benadering stelt elke pen in staat om een ​​uniek patroon te schrijven en deze patronen aan elkaar te naaien tot functionele apparaten.

"Het is niet nodig om elke keer dat u een nieuwe structuur wilt maken een masker of masterplaat te maken, "Zei Mirkin. "Je wijst de lichtstralen gewoon toe om op verschillende plaatsen te gaan en vertelt de pennen welk patroon je wilt genereren."

Omdat de materialen die worden gebruikt om de desktop nanofabricage-tool te maken gemakkelijk toegankelijk zijn, commercialisering kan slechts twee jaar duren, zei Mirkin. Ondertussen, zijn team werkt aan het bouwen van meer apparaten en prototypes.

In de krant, Mirkin legt uit hoe zijn lab een wereldkaart maakte, met een resolutie op nanoschaal die groot genoeg is om met het blote oog te zien, een prestatie die nog nooit eerder is bereikt met een scanning probe-instrument. Niet alleen dat, maar bij nadere inspectie met een microscoop blijkt dat deze afbeelding eigenlijk een mozaïek is van individuele chemische formules die zijn opgebouwd uit punten op nanoschaal. Door dit patroon te maken, wordt het vermogen van het instrument getoond om tegelijkertijd patronen op centimeterschaal te schrijven met een resolutie op nanoschaal.

De Natuurcommunicatie paper is getiteld "Desktop nanofabrication met massaal gemultiplexte bundelpenlithografie." Naast Mirkin, andere auteurs zijn Xing Liao, Keith A. Brown, Abrin L. Schmucker, Guoliang Liu en Shu He, heel de Northwestern University.