(Phys.org) —Wat is er nodig om elektronische en medische apparaten te maken die kleiner zijn dan een fractie van een mensenhaar? Nano-ingenieurs aan de Universiteit van Californië, San Diego heeft onlangs een nieuwe methode van lithografie uitgevonden waarbij robots op nanoschaal over het oppervlak van lichtgevoelig materiaal zwemmen om complexe oppervlaktepatronen te creëren die de sensoren en elektronische componenten op nanoschaalapparaten vormen. Hun onderzoek, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , biedt een eenvoudiger en betaalbaarder alternatief voor de hoge kosten en complexiteit van de huidige ultramoderne nanofabricagemethoden zoals schrijven met elektronenstralen.

Onder leiding van de vooraanstaande hoogleraar nanotechnologie en voorzitter Joseph Wang, het team ontwikkelde nanorobots, of nanomotoren, die chemisch worden aangedreven, zelfrijdend en magnetisch bestuurd. Hun proof-of-concept-onderzoek demonstreert de eerste nanorobotzwemmers die in staat zijn om licht te manipuleren voor oppervlaktepatronen op nanoschaal. De nieuwe strategie combineert gecontroleerde beweging met unieke lichtfocusserende of lichtblokkerende eigenschappen van robots op nanoschaal.

"Alles wat we nodig hebben zijn deze zelfrijdende nanorobots en UV-licht, " zei Jinxing Li, een doctoraatsstudent aan de Jacobs School of Engineering en eerste auteur. "Ze werken samen als volgelingen, bewegen en schrijven en kunnen gemakkelijk worden bestuurd door een eenvoudige magneet."

State-of-art lithografiemethoden zoals elektronenbundelschrijven worden gebruikt om extreem nauwkeurige oppervlaktepatronen te definiëren op substraten die worden gebruikt bij de productie van micro-elektronica en medische apparaten. Deze patronen vormen de functionerende sensoren en elektronische componenten zoals transistors en schakelaars die zijn verpakt in de huidige geïntegreerde schakelingen. Halverwege de 20e eeuw ontdekte de ontdekking dat elektronische circuits konden worden gemodelleerd op een kleine siliciumchip. in plaats van onafhankelijke componenten samen te voegen tot een veel groter "discreet circuit, " heeft een revolutie teweeggebracht in de elektronica-industrie en heeft de miniaturisering van apparaten in gang gezet op een schaal die voorheen ondenkbaar was.

Vandaag, terwijl wetenschappers apparaten en machines uitvinden op nanoschaal, er is nieuwe belangstelling voor de ontwikkeling van onconventionele fabricagetechnologieën op nanoschaal voor massaproductie.

Li wees er voorzichtig op dat deze nanomotor-lithografiemethode de ultramoderne resolutie van een e-beam-schrijver niet volledig kan vervangen, bijvoorbeeld. Echter, de technologie biedt een raamwerk voor autonoom schrijven van nanopatronen tegen een fractie van de kosten en moeilijkheidsgraad van deze meer complexe systemen, wat handig is voor massaproductie. Wang's team toonde ook aan dat verschillende nanorobots kunnen samenwerken om parallelle oppervlaktepatronen te creëren, een taak die e-beam-schrijvers niet kunnen uitvoeren.

Het team ontwikkelde twee soorten nanorobots:een bolvormige nanorobot gemaakt van silica die het licht bundelt als een nabij-veldlens, en een staafvormige nanorobot van metaal die het licht blokkeert. Elk wordt aangedreven door de katalytische ontleding van waterstofperoxide brandstofoplossing. Er worden twee soorten functies gegenereerd:greppels en richels. Wanneer het fotoresistoppervlak wordt blootgesteld aan UV-licht, de bolvormige nanorobot maakt gebruik van en vergroot het licht, meebewegen om een ​​greppelpatroon te creëren, terwijl de staafvormige nanorobot het licht blokkeert om een ​​nokpatroon te bouwen.

"Net als micro-organismen, onze nanorobots kunnen hun snelheid en ruimtelijke beweging nauwkeurig regelen, en zelforganiseren om collectieve doelen te bereiken, " said professor Joe Wang. His group's nanorobots offer great promise for diverse biomedical, environmental and security applications.