לשכת מפריד חלקיקים כמו "סדרן מטבע"

Published on March 31, 2009 at 6:27 PM

חוקרים של משרד המסחר של המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) ואת אוניברסיטת קורנל יש מהוון על תהליך לייצור מעגלים משולבים בבית ננומטר (מיליארדית המטר) רמת והשתמש בו כדי לפתח שיטה הנדסה הראשונה אי פעם בקנה מידה ננומטרי fluidic (nanofluidic) מכשיר עם משטחים תלת ממדי מורכב.

(א) סכמטי של המכשיר nanofluidic NIST-קורנל עם 3-D משטחים מורכבים. כל "צעד" של "המדרגות" ראיתי בצד מסמן עומק שונות בתוך התא. המכתב "E" מראה את כיוון השדה החשמלי משמש כדי להזיז את חלקיקים דרך המכשיר. הכדורים הירוקים הם תחומים עם קוטר של 100 ננומטר, אשר מגבילה את גודל מהם לנוע לתוך אזורים רדודים של החדר. סליל בסופו של דבר עמוק של החדר (בפינה הימנית העליונה) הוא גדיל DNA בודד מתארך (הפינה השמאלית העליונה) במים הרדודים. (ב) Photomicrograph מראה חלקיקים כדוריים מתויג fluorescently עצר ברמה של 100 ננומטר של החדר, את העומק המתאים הקוטר שלהם. (ג) Photomicrograph של גדיל DNA בודד כי הוא מפותל העמוקים של החדר (תיבת בפינה הימנית כה) ומוארך במים הרדודים (בתיבה משמאל כה). ארגזים גדולים יותר תקריב מראה את גדילי מתויג fluorescently. אשראי: NIST

כפי שתואר במאמר שפורסם היום באינטרנט בכתב העת Nanotechnology, * תא גמדי הוא אב טיפוס של כלי עתידי עם אישית מעוצבת משטחים לתפעל ולמדוד סוגים שונים של חלקיקים בתמיסה.

בין היישומים האפשריים של הטכנולוגיה הזו: עיבוד של ננו לייצור; ההפרדה מדידה של תערובות nanoparticle מורכבים עבור משלוח תרופות, ריפוי גנטי ו הרעלים nanoparticle, ואת הבידוד הכליאה של גדילי הדנ"א נפרדים עבור מחקר מדעי כפי שהם נאלצים להירגע להאריך (DNA בדרך כלל סלילי לצורת כדור כמו פתרון) בתוך המעברים הרדודה של המכשיר.

התקנים nanofluidic מיוצרים בדרך כלל על ידי חריטה ערוצי זעיר לתוך כוס או פרוסות סיליקון עם הנהלים ליתוגרפיות אותה משמש לייצור תבניות מעגלים על שבבי מחשב. ערוצים אלה מלבני שטוח עקף מכן עם מכסה זכוכית כי היא ערובה במקום. בגלל המגבלות הטבועות תהליכים nanofabrication קונבנציונלי, כמעט כל התקני nanofluidic עד כה היה גיאומטריות פשוטות עם רק כמה עומק. זה מגביל את יכולתם להפריד תערובת של חלקיקים בגדלים שונים עם או ללמוד את התנהגות ננומטרי של ביומולקולות (כמו DNA) בפירוט.

כדי לפתור את הבעיה, חברו של סמואל NIST Stavis ומיכאל Gaitan עם Strychalski אליזבת קורנל לפתח תהליך ליתוגרפיות כדי להמציא מכשירים nanofluidic עם משטחים מורכבים 3-D. כמו הפגנה של השיטה שלהם, החוקרים נבנה תא nanofluidic עם גיאומטריה "מדרגות" חרוט לתוך הרצפה. "צעדים" של רמה זו גרם מדרגות אחד, נותן את המכשיר עומק בהדרגה גדל מ 10 ננומטר (כ -6,000 פעמים קטן יותר מאשר רוחב של שערת אדם) בראש עד 620 ננומטר (מעט קטנה יותר חיידק בממוצע) בתחתית מה, הם נותנים את המכשיר יכולתו לתמרן חלקיקים לפי גודל באותה הדרך סדרן מטבע מפריד מטבעות, מטבעות רבעים.

תהליך NIST-קורנל nanofabrication מנצל בגווני אפור photolithography לבנות 3-D התקנים nanofluidic. Photolithography שימש במשך עשרות שנים על ידי תעשיית המוליכים למחצה כדי לרתום את הכוח של האור כדי לחרוט דפוסי Microcircuit על גבי שבב. דפוסי מעגלים מוגדרים על ידי תבניות, או photomasks, המאפשרים כמויות שונות של אור כדי להפעיל כימיים רגישים לאור, או photoresist, יושב על גבי החומר שבב, או מצע.

Photolithography קונבנציונלי משתמש photomasks כמו "שחור או לבן סטנסילים" כדי להסיר או הכל או לא כלום של photoresist על פי דפוס קבוע. "לבן" חלקים של תבניות אלה המאפשרים אור דרך-חקוקות אז לעומק יחיד לתוך המצע. גווני אפור photolithography, מצד שני, משתמשת "גוונים של אפור" כדי להפעיל לפסל את photoresist בשלושה ממדים. במילים אחרות, האור מועבר באמצעות photomask בדרגות שונות על פי "גוונים" מוגדרת התבנית. כמות האור מותר דרך קובעת את כמות החשיפה של photoresist, ואת, בתורו, את כמות כימיים רגישים הוסרו לאחר הפיתוח.

תהליך NIST-קורנל nanofabrication מנצל את המאפיין הזה, ומאפשר לחוקרים להעביר דפוס 3-D עבור nanochannels המעמקים רבים לתוך מצע זכוכית בדייקנות ננומטר באמצעות לחרוט יחיד.

התוצאה היא "המדרגות" זה נותן את המכשיר 3-D nanofluidic צדדיות שלה.

הדרה גודל של חלקיקים וכליאה של גדילי דנ"א בודדות במכשיר 3-D nanofluidic מושגת באמצעות אלקטרופורזה, שיטה של ​​העברת חלקיקים טעונים באמצעות פתרון של מכריח אותם קדימה עם שדה חשמלי מיושם. בניסויים אלה רומן, NIST-קורנל החוקרים בחנו את המכשיר שלהם עם שני פתרונות שונים: אחד המכיל 100 ננומטר בקוטר תחומי פוליסטירן והשני המכיל 20 מיקרומטר (מיליונית המטר) באורך מולקולות דנ"א של וירוס זה מדביק את המשותף חיידק Escherichia coli. בניסוי זה, הפתרון היה מוזרק למים העמוקים של החדר ואחר כך מונע electrophoretically ממקום עמוק לרמות רדודים לאורך המכשיר. שני התחומים ואת גדילי דנ"א תויגו עם צבע פלואורסצנטי כך התנועות שלהם יכול להיות במעקב עם מיקרוסקופ.

בשנת הניסויים באמצעות חלקיקים נוקשה, את האזור של המכשיר 3-D nanofluidic שבו הערוצים היו פחות מ 100 ננומטר לעומק נשאר חופשי של חלקיקים. במשפטי ה-DNA הנגיפי, החומר הגנטי הופיע בתור מפותל בערוצים עמוקים מוארך ב אלה רדודים. תוצאות אלו מראות כי ההתקן 3-D nanofluidic נשלל בהצלחה חלקיקים נוקשה המבוססת על גודל מעוות (נפרש) את גדילי הדנ"א גמישים לצורות שונות על שלבים שונים של המדרגות.

נכון לעכשיו, החוקרים עובדים להפריד ולמדוד תערובת של חלקיקים בגדלים שונים וכן לחקור את ההתנהגות של ה-DNA שנתפסו בסביבה 3-D nanofluidic.

בפרויקט הקודם, NIST-קורנל החוקרים השתמשו באוויר מחומם כדי ליצור nanochannels עם מתעקל בצורת משפך בכניסות בתהליך שהם מכנים "nanoglassblowing". כמו בן דודו 3-D החדש שלה, המכשיר nanofluidic nanoglassblown מקלה את המחקר של גדילי דנ"א בודדות. מידע נוסף על nanoglassblowing ניתן למצוא ב 10 יוני 2008, הנושא של NIST טק לגבור על זכוכית # http://www.nist.gov/public_affairs/techbeat/tb2008_0610.htm.

העבודה המתוארת במאמר ננוטכנולוגיה נתמך בחלקו על ידי המועצה הלאומית למחקר מחקר Associateship התכנית Nanobiotechnology קורנל המרכז, חלק מדע הקרן הלאומית למדע של מרכז תוכנית טכנולוגיה. 3-D התקנים nanofluidic היו מפוברקות על ננו קורנל מדע וטכנולוגיה מתקן והמרכז קורנל לחקר חומרים, ומאופיינת במרכז NIST עבור ננו מדע וטכנולוגיה. כל הניסויים בוצעו במעבדות NIST במרילנד.

Last Update: 4. October 2011 10:06

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