La Cavité Sépare Nanoparticles Comme une « Trieuse de Monnaie D'appoint »

Published on March 31, 2009 at 6:27 PM

Les Chercheurs au National Institute of Standards and Technology du Département du Commerce (NIST) et à l'Université de Cornell ont capitalisé d'un procédé pour fabriquer des circuits intégrés au niveau du nanomètre (milliardième d'un compteur) et lui ont utilisé pour développer une méthode pour concevoir le dispositif (nanofluidic) hydraulique de nanoscale tout premier avec les surfaces en trois dimensions complexes.

(a) Schéma du dispositif nanofluidic de NIST-Cornell avec les surfaces à trois dimensions complexes. Chaque « phase » du « escalier » vu du côté marque une profondeur différente dans la cavité. La lettre « E » affiche le sens du champ électrique employé pour déménager les nanoparticles par le dispositif. Les billes vertes sont des sphères avec des diamètres de 100 nanomètres dont la taille les limite de l'entrée dans les régions plus peu profondes de la cavité. La bobine dans l'extrémité profonde de la cavité (coin supérieur droit) est un Brin d'ADN unique qui prolonge (coin supérieur gauche) dans l'extrémité peu profonde. (b) Le Photomicrographe affichant les nanoparticles sphériques fluorescent étiquetés s'est arrêté au niveau du nanomètre 100 de la cavité, la profondeur qui correspond à leur diamètre. (c) Photomicrographe d'un Brin d'ADN unique qui est enroulé dans l'extrémité profonde de la cavité (cadre à l'extrême droite) et prolongé dans l'extrémité peu profonde (cadre à l'extrême gauche). De Plus Grands cadres sont des plans rapprochés affichant les torons fluorescent étiquetés. Crédit : NIST

Comme décrit dans aujourd'hui en ligne publié par papier en Nanotechnologie de tourillon, * la cavité Lilliputienne est un prototype pour de futurs outils avec les surfaces faites sur commande pour manipuler et mesurer différents types de nanoparticles en solution.

Parmi les applications possibles pour cette technologie : le traitement des nanomaterials pour la fabrication ; la séparation et la mesure des mélanges complexes de nanoparticle pour l'accouchement de médicament, la thérapie génique et la toxicologie de nanoparticle ; et l'isolement et le confinement de différents Brins d'ADN pour l'étude scientifique pendant qu'ils sont forcés pour dérouler et prolonger (ADN type enroule dans une forme bille bille en solution) dans les canalisations les plus peu profondes du dispositif.

Des dispositifs de Nanofluidic sont habituellement fabriqués en corrodant les tunnels minuscules dans un disque en verre ou de silicium avec les mêmes procédures lithographiques employées pour fabriquer des schémas de circuit sur des puces pour ordinateurs. Ces tunnels rectangulaires plats sont alors complétés avec un panneau en verre qui est collé en place. À cause des limitations inhérentes aux procédés conventionnels de nanofabrication, presque tous les dispositifs nanofluidic ont eu jusqu'à présent les géométries simples avec seulement quelques profondeurs. Ceci limite leur capacité de séparer des mélanges des nanoparticles avec différentes tailles ou d'étudier le comportement de nanoscale des biomolécules (tels que l'ADN) en détail.

Pour résoudre le problème, Samuel Stavis du NIST et Michael Gaitan teamed avec Elizabeth Strychalski de Cornell pour développer un procédé lithographique pour fabriquer les dispositifs nanofluidic avec les surfaces à trois dimensions complexes. Comme démonstration de leur méthode, les chercheurs ont construit une cavité nanofluidic avec une géométrie de « escalier » corrodée dans l'étage. « Fait un pas » dans ce escalier-chaque niveau donnant le dispositif qu'une profondeur graduel croissante de 10 nanomètres (approximativement 6.000 fois plus petite que la largeur des cheveux) au haut à 620 nanomètres (légèrement plus petits qu'une bactérie moyenne) au bas-sont ce qui donnent au dispositif sa capacité de manipuler des nanoparticles par taille de la même manière une trieuse de monnaie d'appoint sépare des nickels, dixièmes de dollar et quarts.

Le procédé de nanofabrication de NIST-Cornell emploie la photolithographie de gamme de gris pour établir les dispositifs nanofluidic à trois dimensions. La Photolithographie a été employée pendant des décennies par l'entreprise de semiconducteurs pour armer l'alimentation électrique de la lumière de graver des configurations de microcircuit sur une puce. Des Schémas de circuit sont définis par des descripteurs, ou des photomasks, qui permettent à différentes quantités de la lumière de lancer un produit chimique photosensible, ou vernis photosensible, se reposant placé sur le matériau de puce, ou le substrat.

La photolithographie Conventionnelle emploie des photomasks en tant que « pochoirs blanc noir » pour n'en enlever tout l'ou aucun vernis photosensible selon une configuration de positionnement. Les parties « blanches » des configuration-ces qui laissent la lumière par l'entremise-sont alors corrodées à une profondeur unique dans le substrat. La photolithographie de Gamme De Gris, d'autre part, emploie des « nuances de gris » pour lancer et sculpter le vernis photosensible dans trois cotes. En d'autres termes, la lumière est transmise par le photomask dans les divers niveaux selon les « nuances » définies dans la configuration. La quantité de la lumière autorisée détermine la quantité d'exposition du vernis photosensible, et, consécutivement, la quantité de produit chimique photosensible retirée après développement.

Le procédé de nanofabrication de NIST-Cornell tire profit de cette caractéristique, permettant aux chercheurs de transférer une configuration à trois dimensions pour des nanochannels de nombreuses profondeurs dans un substrat en verre avec la précision de nanomètre utilisant gravure à l'eau forte unique.

Le résultat est le « escalier » qui donne au dispositif nanofluidic à trois dimensions sa souplesse.

L'exclusion de Taille des nanoparticles et du confinement de différents Brins d'ADN dans le dispositif nanofluidic à trois dimensions fait utilisant l'électrophorèse, la méthode de déménager les particules chargées par une solution en les forçant vers l'avant avec un champ électrique appliqué. Dans ces expériences nouvelles, les chercheurs de NIST-Cornell ont testé leur dispositif avec deux solutions différentes : on contenant 100 sphères de polystyrène de nanomètre-diamètre et l'autre contenant les Molécules d'ADN de la longueur de 20 micromètres (millionième d'un compteur) d'un virus qui infecte la bactérie commune Escherichia coli. Dans chaque expérience, la solution a été injectée dans l'extrémité profonde de la cavité et électrophorétiquement puis pilotée en travers du dispositif par plus profond à des niveaux plus peu profonds. Les sphères et des Brins d'ADN ont été étiquetés avec la teinture fluorescente de sorte que leurs mouvements aient pu être cheminés avec un microscope.

Dans les essais utilisant les nanoparticles rigides, la région du dispositif nanofluidic à trois dimensions où les tunnels étaient moins de 100 en profondeur de nanomètres restés exempt des particules. Dans les essais d'ADN viral, le matériel génétique est apparu comme enroulé dans les tunnels plus profonds et allongé dans les plus peu profonds. Ces résultats prouvent que le dispositif nanofluidic à trois dimensions a avec succès exclu les nanoparticles rigides basés sur la taille et a déformé (déroulé) les Brins d'ADN flexibles dans des formes distinctes à différentes phases de l'escalier.

Actuel, les chercheurs travaillent pour séparer et des mélanges de mesure des nanoparticles de tailles différentes et pour vérifier le comportement de l'ADN capturé dans un environnement nanofluidic à trois dimensions.

Dans un projet précédent, les chercheurs de NIST-Cornell avaient l'habitude l'air passionné pour produire des nanochannels avec courber les entrées en forme d'entonnoir dans un procédé qu'ils ont aboubé « nanoglassblowing. » Comme son cousin à trois dimensions neuf, le dispositif nanofluidic de nanoglassblown facilite l'étude de différents Brins d'ADN. Plus d'information sur nanoglassblowing peut être trouvée pendant le 10 juin 2008, délivrance de Battement de Tech de NIST chez http://www.nist.gov/public_affairs/techbeat/tb2008_0610.htm#glass.

Le travail décrit dans le papier de Nanotechnologie a été supporté en partie par le Programme d'Associateship de Recherches de Conseil " Recherche " National et le Centre de la Nanobiotechnologie de Cornell, une partie du Programme de Centre de la Science et Technologie du National Science Foundation. Les dispositifs nanofluidic à trois dimensions ont été fabriqués à l'Installation de la Science et Technologie de Cornell Nanoscale et au Centre de Cornell pour la Recherche de Matériaux, et caractérisés au Centre de NIST pour la Science et Technologie de Nanoscale. Toutes Les expériences ont été effectuées aux laboratoires de NIST dans le Maryland.

Last Update: 17. January 2012 03:58

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