Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD

There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

Cámara separa nanopartículas como un "clasificador de monedas"

Published on March 31, 2009 at 6:27 PM

Los investigadores en el Departamento de Comercio del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Cornell han sacado provecho de un proceso para la fabricación de circuitos integrados en el nanómetro (mil millonésima de metro) el nivel y la utilizó para desarrollar un método de ingeniería a escala nanométrica por primera vez fluidos (nanofluídicos) dispositivo con complejas superficies tridimensionales.

(A) Esquema del dispositivo del NIST-Cornell nanofluídicos complejas superficies 3-D. Cada "paso" de la "escalera" que se ve en el lado de las marcas de profundidad diferentes dentro de la cámara. La letra "E" muestra la dirección del campo eléctrico para mover las nanopartículas a través del dispositivo. Las bolas verdes son esferas con un diámetro de 100 nanómetros de tamaño que restringe que se muevan hacia las regiones profundas de la cámara. La bobina en la parte profunda de la cámara (en la esquina superior derecha) es una sola cadena de ADN que se alarga (esquina superior izquierda) en la parte menos profunda. (B) Microfotografía que muestra marcado con fluorescencia nanopartículas esféricas se detuvo en el nivel de 100 nanómetros de la cámara, la profundidad que corresponde a su diámetro. (C) Microfotografía de un solo filamento de ADN que se enrolla en la parte profunda de la cámara (caja en el extremo derecho) y alargada en la parte baja (véase el recuadro a la izquierda). Cajas más grandes son primeros planos que muestran las cadenas de marcado con fluorescencia. Crédito: NIST

Como se describe en un artículo publicado hoy en la revista Nanotecnología, la cámara * liliputiense es un prototipo para futuras herramientas de diseño personalizado superficies para manipular y medir los diferentes tipos de nanopartículas en la solución.

Entre las posibles aplicaciones de esta tecnología: el tratamiento de los nanomateriales para la fabricación, la separación y medición de mezclas complejas de nanopartículas para la administración de fármacos, la terapia genética y toxicología de las nanopartículas, y el aislamiento y el confinamiento de las cadenas de ADN individuales para el estudio científico, ya que se ven obligados a relajarse y alargada (ADN normalmente bobinas en forma de bola-como en la solución) dentro de la más superficial pasajes del dispositivo.

Nanofluídicos dispositivos suelen ser fabricadas por pequeños canales grabado en un vaso o de obleas de silicio con los mismos procedimientos litográficos utilizados para la fabricación de circuitos sobre los chips de computadora. Estos canales son planas rectangulares y se corona con una cubierta de vidrio que está unido en su lugar. Debido a las limitaciones inherentes a los procesos de nanofabricación convencionales, casi todos los dispositivos nanofluídicos hasta la fecha han tenido geometrías simples con sólo unas pocas profundidades. Esto limita su capacidad para separar mezclas de nanopartículas de diferentes tamaños o estudiar el comportamiento de escala nanométrica de biomoléculas (como el ADN) en detalle.

Para resolver el problema, Samuel NIST Stavis Gaitán y Michael se unió a Isabel Cornell Strychalski para desarrollar un proceso litográfico para la fabricación de dispositivos complejos nanofluídicos con superficies 3-D. Como una demostración de su método, los investigadores construyeron una cámara nanofluídicos con una "escalera" geometría grabado en el suelo. Los "pasos" en esta escalera, cada nivel da el dispositivo una profundidad aumenta progresivamente a partir de 10 nanómetros (aproximadamente 6.000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano) en la parte superior a 620 nanómetros (un poco más pequeño que una bacteria promedio) en la parte inferior -son los que dan el dispositivo de su habilidad para manipular las nanopartículas por el tamaño de la misma manera un clasificador de monedas separa a cinco, diez y veinticinco centavos.

El proceso de nanofabricación Cornell-NIST utiliza fotolitografía en escala de grises para construir 3-D dispositivos nanofluídicos. Fotolitografía se ha utilizado durante décadas por la industria de semiconductores para aprovechar el poder de la luz para grabar patrones de microcircuito en un chip. Diseño de circuitos se definen las plantillas, o de máscaras, que permiten diferentes cantidades de luz para activar un producto químico fotosensible, o fotosensible, sentado encima de la materia de chips, o sustrato.

Fotolitografía convencional utiliza fotomáscaras como "negro o blanco plantillas" para eliminar todos o ninguno de los fotosensible de acuerdo a un patrón establecido. El "blanco" las partes del modelo, aquellas que dejan pasar la luz-son entonces grabadas a una profundidad única en el sustrato. En escala de grises de fotolitografía, por otro lado, utiliza "tonos de gris" para activar y esculpir el fotoprotector en tres dimensiones. En otras palabras, la luz se transmite a través de la fotomáscara en diferentes grados de acuerdo a las "sombras" se define en el modelo. La cantidad de luz permitida a través de determina la cantidad de exposición de la fotosensible, y, a su vez, la cantidad de químicos fotosensibles retirado después del desarrollo.

El proceso de nanofabricación Cornell-NIST se aprovecha de esta característica, lo que permite a los investigadores a la transferencia de un modelo 3-D para nanocanales de las profundidades numerosas en un sustrato de vidrio con una precisión nanométrica utilizando un solo grabado.

El resultado es la "escalera" que ofrece el dispositivo 3-D nanofluídicos su versatilidad.

Exclusión por tamaño de las nanopartículas y el confinamiento de las cadenas de ADN individuales en el dispositivo nanofluídicos 3-D se lleva a cabo mediante electroforesis, el método de mover partículas cargadas a través de una solución al forzarlos hacia adelante con un campo eléctrico aplicado. En estos nuevos experimentos, los investigadores del NIST-Cornell probaron su dispositivo con dos soluciones diferentes: uno que contiene 100 nanómetros de diámetro esferas de poliestireno y la otra con 20 micrómetros (una millonésima de metro) de longitud moléculas de ADN de un virus que infecta el común bacteria Escherichia coli. En cada experimento, la solución se inyecta en la parte más profunda de la cámara de electroforesis y luego conducido a través del dispositivo de la más profunda a niveles menos profundos. Tanto en el ámbito y las hebras de ADN se marcaron con tinte fluorescente para que sus movimientos pueden ser rastreados con un microscopio.

En los ensayos con nanopartículas rígida, la región del dispositivo nanofluídicos 3-D, donde los canales eran menos de 100 nanómetros de profundidad quedó libre de las partículas. En las pruebas de ADN viral, el material genético apareció en espiral en los canales más profunda y alargada en las menos profundas. Estos resultados muestran que el dispositivo 3-D nanofluídicos éxito excluidos nanopartículas rígido basado en el tamaño y deformes (desenrollado) las cadenas de ADN flexible en formas distintas en los diferentes pasos de la escalera.

En la actualidad, los investigadores están trabajando para separar y medir las mezclas de diferentes tamaños nanopartículas e investigar el comportamiento de ADN capturado en un ambiente nanofluídicos 3-D.

En un proyecto anterior, los investigadores del NIST-Cornell utiliza aire caliente para crear nanocanales con curva en forma de embudo entradas en un proceso que llamaron "nanoglassblowing". Al igual que su nuevo 3-D primo, el dispositivo nanofluídicos nanoglassblown facilita el estudio de cadenas de ADN individuales. Más información sobre nanoglassblowing se pueden encontrar en el 10 de junio de 2008, tema de la NIST Tecnología Batir a http://www.nist.gov/public_affairs/techbeat/tb2008_0610.htm vidrio #.

El trabajo descrito en el documento de la nanotecnología fue apoyado en parte por el Consejo Nacional de Investigación miembro asociado del Programa de Investigación y Nanobiotecnología de Cornell Center, parte de la Ciencia de la Fundación Nacional de Ciencias y el Programa de Centro de Tecnología. Los dispositivos 3-D nanofluídicos fueron fabricados en la ciencia a nanoescala Cornell y el Fondo para la Tecnología y el Centro de Cornell para la Investigación de Materiales, y se caracteriza en el Centro de NIST para la Ciencia y Tecnología de Nanoescala. Todos los experimentos se realizaron en los laboratorios del NIST en Maryland.

Last Update: 7. October 2011 10:14

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit