I nanoingegneri hanno inventato un nanorobot sferico in silice che focalizza la luce come una lente a campo vicino per scrivere modelli di superficie per dispositivi su scala nanometrica. In questa immagine, le aree rosse e viola indicano dove viene ingrandita la luce per produrre un modello di trincea su materiale fotosensibile. I ricercatori hanno recentemente pubblicato il loro nuovo metodo di "litografia nanomotoria" sulla rivista Nature Communications. Crediti:Laboratorio di Nanobioelettronica, UC San Diego Jacobs School of Engineering.
(Phys.org) —Cosa serve per fabbricare dispositivi elettronici e medici più piccoli di una frazione di un capello umano? Nanoingegneri dell'Università della California, San Diego ha recentemente inventato un nuovo metodo di litografia in cui robot su nanoscala nuotano sulla superficie di materiale sensibile alla luce per creare complessi modelli di superficie che formano i sensori e i componenti elettronici su dispositivi su nanoscala. La loro ricerca, pubblicato di recente sulla rivista Comunicazioni sulla natura , offre un'alternativa più semplice ed economica ai costi elevati e alla complessità degli attuali metodi di nanofabbricazione all'avanguardia come la scrittura a fascio di elettroni.
Guidato dall'illustre professore di nanoingegneria e presidente Joseph Wang, il team ha sviluppato nanorobot, o nanomotori, che sono chimicamente alimentati, semoventi e controllati magneticamente. Il loro studio proof-of-concept dimostra i primi nuotatori nanorobot in grado di manipolare la luce per modellare la superficie su scala nanometrica. La nuova strategia combina il movimento controllato con le capacità uniche di focalizzazione della luce o di blocco della luce dei robot su scala nanometrica.
"Tutto ciò di cui abbiamo bisogno sono questi nanorobot semoventi e luce UV, " disse Jinxing Li, uno studente di dottorato presso la Jacobs School of Engineering e primo autore. "Lavorano insieme come servitori, si muovono e scrivono e sono facilmente controllabili da un semplice magnete."
Metodi di litografia all'avanguardia come la scrittura a fascio di elettroni vengono utilizzati per definire modelli di superficie estremamente precisi su substrati utilizzati nella produzione di microelettronica e dispositivi medici. Questi modelli formano i sensori funzionanti e i componenti elettronici come transistor e interruttori confezionati sui circuiti integrati di oggi. A metà del XX secolo la scoperta che i circuiti elettronici potevano essere modellati su un piccolo chip di silicio, invece di assemblare componenti indipendenti in un "circuito discreto" molto più grande, " ha rivoluzionato l'industria elettronica e messo in moto la miniaturizzazione dei dispositivi su una scala prima impensabile.
Oggi, mentre gli scienziati inventano dispositivi e macchine su scala nanometrica, c'è un nuovo interesse nello sviluppo di tecnologie di produzione su nanoscala non convenzionali per la produzione di massa.
Li è stato attento a sottolineare che questo metodo di litografia nanomotoria non può sostituire completamente la risoluzione allo stato dell'arte offerta da uno scrittore di fasci elettronici, Per esempio. Però, la tecnologia fornisce un quadro per la scrittura autonoma di nanopattern a una frazione del costo e della difficoltà di questi sistemi più complessi, che è utile per la produzione di massa. Il team di Wang ha anche dimostrato che diversi nanorobot possono lavorare insieme per creare modelli di superficie paralleli, un'attività che i writer di e-beam non possono eseguire.
Un'immagine al microscopio a forza atomica di un modello a onda quadra scritto da un robot nanofilo a forma di bastoncino per la produzione di dispositivi su scala nanometrica. Crediti:Laboratorio di Nanobioelettronica, UC San Diego Jacobs School of Engineering.
Il team ha sviluppato due tipi di nanorobot:un nanorobot sferico in silice che focalizza la luce come una lente a campo vicino, e un nanorobot a forma di asta in metallo che blocca la luce. Ciascuno è autopropulso dalla decomposizione catalitica della soluzione di combustibile di perossido di idrogeno. Vengono generati due tipi di elementi:trincee e creste. Quando la superficie del fotoresist è esposta alla luce UV, il nanorobot sferico imbriglia e ingrandisce la luce, muovendosi lungo per creare un modello di trincea, mentre il nanorobot a forma di bastoncino blocca la luce per creare un motivo a cresta.
"Come i microrganismi, i nostri nanorobot possono controllare con precisione la loro velocità e movimento spaziale, e auto-organizzarsi per raggiungere obiettivi collettivi, " said professor Joe Wang. His group's nanorobots offer great promise for diverse biomedical, environmental and security applications.
