(Phys.org) — Ingenieurs van Tufts University hebben aangetoond dat het mogelijk is om nanostructuren uit zijde te genereren in een milieuvriendelijk proces waarbij water als ontwikkelingsmiddel en standaard fabricagetechnieken worden gebruikt. Deze aanpak biedt een groen alternatief voor de giftige materialen die vaak worden gebruikt in nanofabricage, terwijl de fabricagekwaliteit vergelijkbaar is met conventionele synthetische polymeren. Nanofabricage vormt de kern van de fabricage van halfgeleiders en andere elektronische en fotonische apparaten.

Het document waarin dit werk wordt beschreven, "Alle op water gebaseerde elektronenstraallithografie met zijde als positief, Negatieve en biofunctionele weerstand, " verschijnt in Natuur Nanotechnologie , online gepubliceerd 23 maart voorafgaand aan gedrukte publicatie.

"In een wereld die ernaar streeft de giftige voetafdrukken van productie te verminderen, ons laboratorium onderzoekt biopolymeren, en zijde in het bijzonder, als kandidaatmateriaal om kunststoffen in veel hoogtechnologische toepassingen te vervangen, " zei Frank C. Doble hoogleraar biomedische technologie Fiorenzo Omenetto, doctoraat, senior onderzoeker over het werk.

Nanofabricage omvat patronen met een hoge resolutie met functies die zo klein zijn dat ze ten minste één dimensie hebben die niet groter is dan 100 nanometer (nm) - de grootte van deeltjes die worden uitgefilterd door chirurgische maskers. Fabricage op nanoschaal wordt meestal verkregen door dunne films van op maat gemaakte polymeren af ​​te zetten, genaamd "weerstaat, " op siliciumwafels. Elke resistlaag wordt achtereenvolgens van een patroon voorzien door licht of elektronen (via elektronenstraallithografie) te gebruiken om het deel van de resist dat niet door een masker is bedekt, bloot te leggen. Vervolgens wordt positieve resists worden opgelost wanneer ze worden onderworpen aan een ontwikkelaar, terwijl negatieve resists achterblijven na ontwikkeling. De samenstelling en configuratie van de lagen bepalen de eigenschappen van de constructie.

Het ontwikkelen van een resist vereist meestal giftige chemicaliën, die voorzichtig moeten zijn, en kostbaar, verwerking en verwijdering. Er zijn aanzienlijke vorderingen gemaakt met het gebruik van "groene" resists die kunnen worden ontwikkeld met water, maar deze technieken misten de gewenste precisie en schaalbaarheid.

"In tegenstelling tot, ons proces is volledig op water gebaseerd, beginnend met de waterige zijdeoplossing en eindigend met eenvoudige ontwikkeling van de belichte zijdefilm in water, en de bereikte resolutie was vergelijkbaar met een van de veelgebruikte synthetische polymeren, " zei Omenetto, die naast zijn aanstelling in de School of Engineering een hoogleraarschap bekleedt bij het departement Natuurkunde aan de Tufts School of Arts and Sciences. "Een verscheidenheid aan maakindustrieën, hightech bedrijven en academische laboratoria kunnen uiteindelijk profiteren van cleanrooms die ook groen zijn."

Voor dit werk, de Tufts-ingenieurs fabriceerden fotonische roosters op nanoschaal met behulp van zowel zuivere zijde als gefunctionaliseerde zijde gedoteerd met kwantumstippen, groene fluorescerende eiwitten (GFP's) of mierikswortelperoxidase (HRP).

"Door aan te tonen dat biomoleculen van het enzym HRP actief bleven na het nanofabricageproces met elektronenstralen, we hebben de haalbaarheid aangetoond van het fabriceren van biologisch actieve zijdesensoren, iets dat momenteel niet beschikbaar is, " zei Benedetto Marelli, doctoraat Marelli is een postdoctoraal medewerker in het laboratorium van Omenetto en een hoofdco-auteur van het papier met voormalig Omenetto postdoctoraal medewerker Sunghwan Kim, doctoraat, nu een professor in Ajou, Korea.

Dit onderzoek bouwt voort op eerder werk van Omenetto en zijn medewerkers aan de Tufts School of Engineering. Vroeger, ze hadden aangetoond dat zijde kon worden vervaardigd, maar die processen moesten beginnen met andere materialen van nanoformaat. Dit is de eerste keer dat zijde is gefabriceerd om de productieketen voor nanofabricage te beginnen.