Apparaten die kleiner zijn dan de breedte van een mensenhaar zijn de sleutel tot technologieën voor medicijnafgifte, halfgeleiders, en brandstofproductie. Maar de huidige methoden om deze micro- en nanostructuren te fabriceren, kunnen duur en verspillend zijn.

Onderzoekers van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hebben een nieuwe basis gemaakt van glas en synthetische diamant die kan worden gebruikt om minuscule micro- en nanostructuren te creëren. Dit nieuwe substraat is goedkoop en laat minimaal afval achter, zeggen de onderzoekers, in een studie gepubliceerd in Diamant en aanverwante materialen .

"We hebben de afgelopen decennia plastic weggegooid, zei Stoffel Janssens, de eerste auteur van de studie, en een lid van OIST's Wiskunde, Mechanica, en Materiaaleenheid. "Met duurzame materialen als diamant en glas, we minimaliseren de negatieve milieueffecten."

Een nanostructuur bouwen

De huidige processen voor de fabricage van micro- en nano-apparaten kunnen kostbaar en inefficiënt zijn. Synthetische diamant, die dezelfde chemische structuur heeft als natuurlijke diamant, is veerkrachtig, goedkoop en duurzaam, en glas is veelzijdig en elektrisch isolerend; technologieën die de twee combineren zijn veelbelovend.

De onderzoekers maakten hun basis met behulp van glasetsen, een proces waarbij zuur wordt gebruikt om een ​​glasplaat te verkleinen tot een dikte van 50 micrometer (ongeveer de lengte van een typische cel in het menselijk lichaam). Janssens en zijn medewerkers, Professor Eliot Fried, David Vazquez-Cortés, Alessandro Giussani, en James Kwiecinski, een laser gebruikt om gaatjes te boren, ongeveer 40 micrometer in diameter en diepte, in één kant van de glasplaat.

Volgende, de wetenschappers groeiden een 175 nanometer dikke nanokristallijne diamantfilm aan de andere kant van het glas en transformeerden de geboorde holtes in kleine kanaaltjes die waren afgesloten met zwevende diamant. Door diamant en glas te combineren ontstaat een transparante structuur waarin wetenschappers levende cellen kunnen kweken en visualiseren.

"Tijdens dit fabricageproces, het glas kan gemakkelijk ruw en ondoorzichtig worden, " zei Janssens. "Er zijn zoveel kleine dingen die fout kunnen gaan; we hebben veel aanpassingen gedaan om ons proces te optimaliseren."

Vooruit gaan, Janssens hoopt poreuze diamantfilms te maken die zijn afgestemd op het afleveren van specifieke medicijnen. De onderzoekers hebben een patent aangevraagd voor de nieuwe stichting en onderzoeken de commerciële potentie ervan.

"Dit soort onderzoek kan alleen worden gedaan door de gezamenlijke inspanningen van onderzoekers met verschillende achtergronden, " zei Fried. "De interdisciplinariteit van OIST en de samenwerkingsomgeving maakten ons werk mogelijk."