Een eenvoudige cirkelvormige of zeshoekige put die in silicium is geschreven, kan worden gebruikt om zelfassemblerende polymeerspiralen te genereren dankzij de toevoeging van een kleine inkeping in de sjabloon, rapport wetenschappers in het lanceringsnummer van Nano-futures .

Bovendien, door de vorm van de inkeping aan te passen, kunnen gebruikers de richting van de spiraal inbellen om links- of rechtshandige patronen te genereren, en maak zelfs dubbele spiralen.

Substraten met nano- en micropatronen openen de deur naar een reeks toepassingen, van chemische detectie tot gegevensopslag, maar complexe vormen kunnen soms moeilijk snel te genereren zijn, en in grote aantallen. Een manier om dit te omzeilen is om materialen te gebruiken - in dit geval dunne films van diblokcopolymeer - die zichzelf kunnen assembleren of herschikken als reactie op eenvoudig te maken sjablonen zoals cirkelvormige of ingekeepte putjes.

"De inkeping breekt de symmetrie en geeft controle over de spiraalrichting, " verklaarde Caroline Ross van het Massachusetts Institute of Technology, ONS, die een teaminspanning leidde waarbij zowel collega's op de campus als wetenschappers in Korea en Singapore betrokken waren.

Begrijpen hoe de richting van de spiraal moet worden geprogrammeerd, is belangrijk omdat de functie kan worden gebruikt om 'handigheid' (chiraliteit) in een analytisch apparaat over te brengen - bijvoorbeeld, om substraten te configureren die gevoelig zijn voor chirale arrangementen zoals DNA, aminozuren en eiwitten.

In de studie, de groep, waaronder onderzoekers Hong Kyoon Choi, Jae Byum Chang, Adam Hannon, Joël Yang, Karl Berggren en Alfredo Alexander-Katz - gebruikten een wiskundig model om de gebogen morfologieën te reproduceren die in hun experimenten werden waargenomen.

"We wilden de vorming van spiralen in meer detail begrijpen, wat hun chiraliteit regelt, en de concurrentie tussen spiralen versus concentrische ringen, ’ voegde Roos eraan toe.

Zonder de inkeping, het afzetten van polymeer in cirkelvormige putjes (met een binnendiameter van 350 nm) produceerde een set van vier concentrische ringen in elk van de miniatuursjablonen. Maar met de functie In plaats daarvan werden spiraalpatronen vastgesteld.

Dankzij simulaties kon het team onderzoeken hoe de beperkende geometrie leidt tot de vorming van dergelijke ringvormige of spiraalvormige microdomeinen. In productie, de onderzoekers merken op dat een spiraalvormige opstelling de energetische kosten vermijdt die gepaard gaan met spanning in concentrische ringen (die zouden worden vervormd door de aanwezigheid van de inkeping).

Nadere analyse door het team identificeerde het effect van het smaller of breder maken van de inkeping en ook wat er gebeurt als niet-ronde kuilen worden gebruikt.

Alle details zijn te vinden in het journaal Nano-futures – een nieuwe titel die fundamenteel en toegepast onderzoek publiceert in de voorhoede van nanowetenschap en technologische innovatie.