В настоящее время большая часть нанофабрикатов осуществляется на централизованных предприятиях стоимостью в несколько миллиардов долларов, которые называются литейными заводами. Это похоже на печать документов в централизованных типографиях.
Однако подумайте, как настольный принтер произвел революцию в передаче информации, позволив людям дешево печатать документы по мере необходимости. Этот сдвиг парадигмы является причиной стремления всего сообщества в области нанонауки создать настольный инструмент для нанотехнологий.«Благодаря этому прорыву мы можем создавать очень качественные материалы и устройства, например обрабатывать полупроводники на больших площадях, и мы можем делать это с помощью инструмента, немного превышающего размер принтера», — сказал Чад А. Миркин, старший автор исследования. .Миркин — профессор химии Джорджа Б. Ратмана в Колледже искусств и наук Вайнберга и профессор медицины, химической и биологической инженерии, биомедицинской инженерии, материаловедения и инженерии.
Он также является директором Северо-западного международного института нанотехнологий.Исследование будет опубликовано 19 июля в журнале Nature Communications.Инструмент, созданный командой Миркина, позволяет создавать рабочие устройства и структуры на наноразмерном уровне за считанные часы прямо на месте использования.
Это аналог настольного принтера в нанотехнологиях.Не требуя затрат на оборудование в миллионы долларов, этот инструмент готов к созданию прототипов разнообразных функциональных структур, от генных чипов до белковых массивов и построения шаблонов, которые контролируют дифференциацию стволовых клеток до создания электронных схем.«Вместо того, чтобы иметь доступ к инструментам на миллионы долларов, а в некоторых случаях миллиарды долларов, вы можете начать создавать устройства, которые обычно требуют такого типа инструментов, прямо на месте использования», — сказал Миркин.
В документе подробно описываются достижения команды Миркина в области настольных нанотехнологий на основе легко изготовляемых массивов перьев для литографии с лучевым пером (BPL), структур, которые состоят из массива полимерных пирамид, каждая из которых покрыта непрозрачным слоем с апертурой 100 нанометров на конце. . Используя цифровое микрозеркальное устройство, функциональный компонент проектора, один луч света разбивается на тысячи отдельных лучей, каждый из которых направляется по задней стороне различных пирамидальных ручек внутри массива и через отверстия на кончике каждого пера.Инструмент для нанопроизводства позволяет быстро обрабатывать подложки, покрытые светочувствительными материалами, называемыми резистами, и создавать структуры, охватывающие макро-, микро- и наноразмеры, — все в одном эксперименте.Ключевые успехи, достигнутые командой Миркина, включают разработку аппаратного обеспечения, написание программного обеспечения для координации направления света на матрицу перьев и создание системы, которая заставляет все части этого инструмента работать вместе синхронно. Такой подход позволяет каждой ручке писать уникальный узор, а эти узоры сшивать вместе в функциональные устройства.
«Нет необходимости создавать маску или шаблон каждый раз, когда вы хотите создать новую структуру», — сказал Миркин. «Вы просто задаете лучам света, чтобы они проходили в разных местах, и говорите ручкам, какой узор вы хотите создать».По словам Миркина, поскольку материалы, используемые для изготовления настольного инструмента для нанопроизводства, легко доступны, до его коммерциализации может потребоваться всего два года. Тем временем его команда работает над созданием большего количества устройств и прототипов.
В статье Миркин объясняет, как его лаборатория создала карту мира с наноразмерным разрешением, которое достаточно велико, чтобы видеть невооруженным глазом, — подвиг, никогда ранее не достигнутый с помощью сканирующего зонда. Более того, более пристальное рассмотрение под микроскопом показывает, что это изображение на самом деле представляет собой мозаику отдельных химических формул, составленных из точек в нанометровом масштабе.
Создание этого шаблона демонстрирует способность прибора одновременно писать шаблоны сантиметрового масштаба с наноразмерным разрешением.