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La Camera Separa le Nanoparticelle Come “un Visore inclinato per diapositive della Moneta„

Published on March 31, 2009 at 6:27 PM

I Ricercatori al National Institute of Standards and Technology del Dipartimento Commerciale (NIST) e la Cornell University hanno sfruttato un procedimento per la fabbricazione dei circuiti integrati al livello di nanometro (bilionesimo di un metro) e gli hanno usato per mettere a punto un metodo per l'organizzazione dell'unità (nanofluidic) fluida del nanoscale mai visto con le superfici tridimensionali complesse.

(A) Disegno Schematico dell'unità nanofluidic diNIST-Cornell con le superfici 3-D complesse. Ogni “punto„ “della scala„ veduta dal lato traccia una profondità differente all'interno della camera. La lettera “E„ mostra la direzione del campo elettrico usato per muovere le nanoparticelle tramite l'unità. Le palle verdi sono sfere con i diametri di 100 nanometri di cui la dimensione li limita dall'entrare nelle regioni più basse della camera. La spirale nell'estremità profonda della camera (angolo in alto a destra) è un singolo filo del DNA che prolunga (angolo in alto a sinistra) nell'estremità bassa. (B) il Fotomicrografo che mostra le nanoparticelle sferiche fluorescente etichettate si è fermato al livello di nanometro 100 della camera, la profondità che corrisponde al loro diametro. (C) Fotomicrografo di singolo filo del DNA che è arrotolato nell'estremità profonda della camera (casella all'estrema destra) ed è prolungato nell'estremità bassa (casella ad estrema sinistra). Le Più Grandi caselle sono primi piani che mostrano i fili fluorescente etichettati. Credito: NIST

Come descritto in un oggi online pubblicato documento in Nanotecnologia del giornale, * la camera Lillipuziana è un prototipo per gli strumenti futuri con le superfici progettate per manipolare e misurare i tipi differenti di nanoparticelle in soluzione.

Fra le domande potenziali di questa tecnologia: il trattamento dei nanomaterials per fabbricare; la separazione e la misurazione di miscele complesse di nanoparticella per la consegna della droga, la terapia genica e la tossicologia di nanoparticella; e l'isolamento e la relegazione di diversi fili del DNA per lo studio scientifico mentre sono costretti per svolgersi e prolungare (DNA tipicamente si arrotola in una forma del tipo di palla in soluzione) all'interno dei passaggi più bassi dell'unità.

Le unità di Nanofluidic da costruzione solitamente incidendo i canali minuscoli in un vetro o in una lastra di silicio con le stesse procedure litografiche seguite per fabbricare i reticoli del circuito sui chip di computer. Questi canali rettangolari piani poi sono completati con un coperchio di vetro che è saldato sul posto. A causa delle limitazioni inerenti ai trattamenti convenzionali di nanofabbricazione, quasi tutte le unità nanofluidic fin qui hanno avute geometrie semplici con soltanto alcune profondità. Ciò limita la loro capacità di separare le miscele delle nanoparticelle con differenti dimensioni o di studiare dettagliatamente il comportamento del nanoscale delle biomolecole (quale DNA).

Per risolvere il problema, Samuel Stavis del NIST e Michael Gaitan teamed con l'Elizabeth Strychalski di Cornell per sviluppare un trattamento litografico per da costruzione le unità nanofluidic con le superfici 3-D complesse. Come dimostrazione del loro metodo, i ricercatori hanno costruito una camera nanofluidic con la geometria “della scala„ incisa nel pavimento. “Fa un passo„ in questo scala-ogni livello che dà l'unità che una profondità progressivamente aumentante da 10 nanometri (circa 6.000 volte più piccola della larghezza dei capelli umani) alla cima a 620 nanometri (leggermente più piccoli di un batterio medio) al fondo-è che cosa l'elasticità l'unità la sua capacità di manipolare le nanoparticelle dalla dimensione allo stesso modo un visore inclinato per diapositive della moneta separa i nichel, le monete da dieci centesimi di dollaro ed i quarti.

Il trattamento di nanofabbricazione diNIST-Cornell utilizza la fotolitografia di gradazione di grigio per sviluppare le unità nanofluidic 3-D. La Fotolitografia è stata usata per le decadi dall'industria a semiconduttore per sfruttare la potenza di indicatore luminoso incidere i reticoli del microcircuito su un chip. I reticoli del Circuito sono definiti dai modelli, o photomasks, che permettono gli importi differenti di indicatore luminoso di attivare un prodotto chimico fotosensibile, o photoresist, sedendosi in cima al materiale del chip, o al substrato.

La fotolitografia Convenzionale usa i photomasks come “stampini bianchi nero o„ non ne per rimuovere tutto il o photoresist secondo un reticolo dell'insieme. Le parti “bianche„ dei reticolo-quei che lasciano l'indicatore luminoso attraverso-poi sono incise ad una singola profondità nel substrato. La fotolitografia di Gradazione Di Grigio, d'altra parte, usa “le tonalità di gray„ per attivare e scolpire il photoresist in tre dimensioni. Cioè l'indicatore luminoso è trasmesso attraverso il photomask nei vari livelli secondo “le tonalità„ definite nel reticolo. La quantità di indicatore luminoso permessa da parte a parte determina la quantità di esposizione del photoresist e, a sua volta, la quantità di prodotto chimico fotosensibile rimossa dopo lo sviluppo.

Il trattamento di nanofabbricazione diNIST-Cornell approfitta di questo caratteristico, permettendo che i ricercatori trasferiscano un reticolo 3-D per i nanochannels di numerose profondità in un substrato di vetro con precisione di nanometro facendo uso singola incissione all'acquaforte.

Il risultato è “la scala„ quella elasticità l'unità nanofluidic 3-D la sua versatilità.

L'esclusione di Dimensione delle nanoparticelle e della relegazione di diversi fili del DNA nell'unità nanofluidic 3-D fa facendo uso dell'elettroforesi, il metodo di muovere le particelle fatte pagare attraverso una soluzione con la forzatura loro in avanti con un campo elettrico applicato. In questi esperimenti novelli, i ricercatori diNIST-Cornell hanno collaudato la loro unità con due soluzioni differenti: uno che contengono 100 sfere del polistirolo del nanometro-diametro e l'altro che contiene delle le molecole lunghezzi del DNA di 20 micrometri (milionesimi di un metro) da un virus che infetta il batterio comune Escherichia coli. In ogni esperimento, la soluzione è stata iniettata nell'estremità profonda della camera e poi elettroforeticamente è stata determinata attraverso l'unità da più profondo ai livelli più bassi. Sia le sfere che i fili del DNA sono stati etichettati con la tintura fluorescente in modo che i loro movimenti potessero essere tenuti la carreggiata con un microscopio.

Nelle prove facendo uso delle nanoparticelle rigide, la regione dell'unità nanofluidic 3-D in cui i canali erano di meno di 100 approfonditi di nanometri restati esente dalle particelle. Nelle prove virali del DNA, il materiale genetico è comparso come arrotolato nei canali più profondi e prolungato in quei più bassi. Questi risultati indicano che l'unità nanofluidic 3-D ha escluso con successo le nanoparticelle rigide basate sulla dimensione ed ha deformato (svolto) i fili flessibili del DNA nelle forme distinte ai punti differenti della scala.

Corrente, i ricercatori stanno lavorando per separare e miscele della misura delle nanoparticelle differente di taglia e per studiare il comportamento di DNA catturato in un ambiente nanofluidic 3-D.

In un progetto precedente, i ricercatori diNIST-Cornell hanno utilizzato l'aria heated per creare i nanochannels con la curva delle entrate a forma di imbuto in un trattamento che hanno definito “nanoglassblowing.„ Come il suo nuovo cugino 3-D, l'unità nanofluidic del nanoglassblown facilita lo studio di diversi fili del DNA. Più informazioni sul nanoglassblowing possono essere trovate nell'emissione del 10 giugno 2008 del Battimento di Tecnologia del NIST a http://www.nist.gov/public_affairs/techbeat/tb2008_0610.htm#glass.

Il lavoro descritto nel documento di Nanotecnologia è stato supportato in parte dal Programma di Associateship della Ricerca del Consiglio Nazionale delle Ricerche ed il Centro della Nanobiotecnologia di Cornell, parte del Programma del Centro della Scienza e Tecnologia del National Science Foundation. Le unità nanofluidic 3-D da costruzione alla Funzione di Scienza e Tecnologia di Cornell Nanoscale ed al Centro di Cornell per la Ricerca dei Materiali e sono state caratterizzate al Centro del NIST per Scienza e Tecnologia di Nanoscale. Tutti Gli esperimenti sono stati eseguiti ai laboratori del NIST in Maryland.

Last Update: 17. January 2012 03:28

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