Un nuovo low cost, strumento ad alta risoluzione è pronto a rivoluzionare il modo in cui la nanotecnologia viene prodotta dal desktop, secondo un nuovo studio dei ricercatori della Northwestern University.

Attualmente, la maggior parte della nanofabbricazione viene eseguita in strutture centralizzate multimiliardari chiamate fonderie. È simile alla stampa di documenti nelle tipografie centralizzate. Tener conto di, però, come la stampante desktop ha rivoluzionato il trasferimento delle informazioni consentendo alle persone di stampare documenti a basso costo secondo necessità. Questo cambiamento di paradigma è il motivo per cui c'è stata l'ambizione a livello comunitario nel campo della nanoscienza di creare uno strumento di nanofabbricazione desktop.

"Con questa svolta, possiamo costruire materiali e dispositivi di altissima qualità, come la lavorazione di semiconduttori su vaste aree, e possiamo farlo con uno strumento poco più grande di una stampante, " ha detto Chad A. Mirkin, autore senior dello studio e pioniere di fama mondiale nel campo delle nanoscienze.

Mirkin è il professore di chimica George B. Rathmann al Weinberg College of Arts and Sciences e professore di medicina, ingegneria chimica e biologica, ingegneria biomedica e scienza e ingegneria dei materiali. È anche il direttore dell'International Institute for Nanotechnology della Northwestern.

Lo studio sarà pubblicato il 19 luglio sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Lo strumento creato dal team di Mirkin produce dispositivi e strutture funzionanti a livello di nanoscala in poche ore, proprio nel punto di utilizzo. È l'equivalente in nanofabbricazione di una stampante desktop.

Senza richiedere milioni di dollari in costi di strumentazione, lo strumento è pronto per prototipare una vasta gamma di strutture funzionali, dai chip genetici agli array proteici, alla costruzione di modelli che controllano il modo in cui le cellule staminali si differenziano, alla creazione di circuiti elettronici.

"Invece di dover avere accesso a milioni di dollari, in alcuni casi miliardi di dollari di strumentazione, puoi iniziare a costruire dispositivi che normalmente richiedono quel tipo di strumentazione proprio nel punto di utilizzo, " ha detto Mirkin.

Il documento descrive in dettaglio i progressi che il team di Mirkin ha fatto nella nanofabbricazione desktop basata su array di penne per litografia a penna (BPL) facilmente fabbricabili, strutture che consistono in una serie di piramidi polimeriche, ciascuno rivestito con uno strato opaco con un'apertura di 100 nanometri sulla punta. Utilizzando un dispositivo digitale a microspecchi, la componente funzionale di un proiettore, un singolo raggio di luce viene scomposto in migliaia di singoli raggi, ciascuna incanalata lungo il retro di diverse penne piramidali all'interno dell'array e attraverso le aperture sulla punta di ciascuna penna.

Lo strumento di nanofabbricazione consente di elaborare rapidamente substrati rivestiti con materiali fotosensibili chiamati resist e generare strutture che abbracciano il macro-, micro e nanoscala, tutto in un esperimento.

I principali progressi compiuti dal team di Mirkin includono lo sviluppo dell'hardware, scrivere il software per coordinare la direzione della luce sul pen array e costruire un sistema per far lavorare insieme tutti i pezzi di questo strumento in sincronia. Questo approccio consente a ciascuna penna di scrivere un motivo unico e di unire questi motivi in ​​dispositivi funzionali.

"Non è necessario creare una maschera o una piastra principale ogni volta che si desidera creare una nuova struttura, "Mirkin ha detto. "Basta assegnare i fasci di luce per andare in luoghi diversi e dire alle penne quale schema vuoi che venga generato."

Poiché i materiali utilizzati per realizzare lo strumento di nanofabbricazione desktop sono facilmente accessibili, la commercializzazione potrebbe essere a soli due anni di distanza, ha detto Mirkin. Intanto, il suo team sta lavorando alla costruzione di più dispositivi e prototipi.

Nella carta, Mirkin spiega come il suo laboratorio ha prodotto una mappa del mondo, con una risoluzione su scala nanometrica sufficientemente ampia da poter essere vista ad occhio nudo, un'impresa mai raggiunta prima con uno strumento a sonda di scansione. Non solo quello, ma un'ispezione più ravvicinata con un microscopio rivela che questa immagine è in realtà un mosaico di singole formule chimiche composte da punti su scala nanometrica. La realizzazione di questo modello mette in mostra la capacità dello strumento di scrivere contemporaneamente modelli su scala centimetrica con risoluzione su scala nanometrica.

Il Comunicazioni sulla natura l'articolo è intitolato "Nanofabbricazione desktop con litografia a penna a fascio multiplex massicciamente". Oltre a Mirkin, altri autori sono Xing Liao, Keith A. Brown, Abrin L. Schmucker, Guoliang Liu e Shu He, tutta la Northwestern University.