商工会議所は、"コイ​​ンソーター"のようにナノ粒子を分離

Published on March 31, 2009 at 6:27 PM

商務省の大学の研究者国立標準技術研究所(NIST)とコーネル大学は、ナノメートル(メートル億の)レベルでの集積回路を製造するためのプロセスに大文字と史上初のナノスケールのエンジニアリングのための方法を開発するためにそれを使用している複雑な三次元曲面を持つ流体(ナノ流体)デバイス。

複雑な3次元曲面を持つNIST -コーネルナノ流体デバイスの(A)の回路図。側に見られる"階段"の各"ステップ"はチャンバ内の異なる深さをマークします。文字"E"はデバイスを介してナノ粒子を移動するために使用される電界の方向を示しています。緑色のボールは大き室の浅い領域に移動するからそれらを制限する100ナノメートルの直径を持つ球である。チャンバー(右上隅)の深い端のコイルが浅い最後に(左上隅)伸長し、単一のDNA鎖です。 (B)蛍光標識球状ナノ粒子の顕微鏡写真は、チャンバーの100ナノメートルのレベル、その直径に相当する深さで停止。チャンバーの深い端(右端のボックス)のコイルであり、浅い端(左端にあるボックス)に細長い単一のDNA鎖の(C)顕微鏡写真。大きなボックスには、蛍光標識鎖を示すクローズアップです。クレジット:NIST

としてナノテクノロジージャーナルでオンラインで今日発表された論文で説明されている、*小人室は、溶液中のナノ粒子の異なるタイプを操作し、測定するためにカスタム設計された表面を持つ将来のツールのためのプロトタイプです。

この技術の潜在的なアプリケーションの中で:、ドラッグデリバリー、遺伝子治療およびナノ粒子の毒性のための複雑なナノ粒子の混合物の分離と測定、製造業のためのナノ材料の処理及び科学的研究のための個々のDNA鎖の分離と閉じ込めそれらは強制的にされるくつろぎとデバイスの浅い通路内(溶液中のボール状にしたDNAは、通常、コイル)細長い。

ナノ流体デバイスは、通常、コンピュータのチップ上に回路パターンを製造するために使用されるのと同じリソグラフィの手順でガラスやシリコンウエハに小さなチャンネルをエッチングすることにより製造される。これらの平らな長方形のチャネルは、所定の位置に結合しているガラスカバーをトッピングされています。ため、従来の微細加工プロセスへの本質的な限界から、現在までのほぼすべてのナノ流体デバイスは、わずかの深さと単純なジオメトリを持っている。これは、異なるサイズのナノ粒子の混合物を分離または詳細に生体分子のナノスケールの動作を(DNAなど)勉強する能力が制限されます。

問題を解決するために、NISTのサミュエルStavisとマイケルガイタンは複雑な3次元表面とナノ流体デバイスを作製するためにリソグラフィプロセスを開発するためにコーネル大学のエリザベスStrychalskiと団結した。それらの方法のデモンストレーションとして、研究者は床にエッチングされた"階段"幾何学とナノ流体室を構築した。下部の620ナノメートル(平均細菌よりやや小さい)に上部の10ナノメートル(人間の髪の毛の幅よりも約6,000倍小さい)からデバイスを徐々に増加させる深さを与えてこの階段 - 各レベルの"ステップ"デバイスにコイン選別機は硬貨、ダイム、四半期を分離するのと同じ方法でサイズによってナノ粒子を操作する能力を与えるのか、です。

NIST -コーネル微細加工プロセスでは、3次元ナノ流体デバイスを構築するためにフォトリソグラフィをグレースケール採用。フォトリソグラフィは、チップ上にマイクロ回路パターンを刻むために、光のパワーを活用し、半導体業界で何十年も使用されています。回路パターンを感光性化学物質、またはフォトレジスト、チップ材の上に座って、または基質を活性化する光の量が異なるを許可するテンプレート、またはフォトマスクによって定義されています。

従来のフォトリソグラフィでは、すべてまたは一連のパターンに応じてフォトレジストのどれかを削除するには、"黒または白のステンシル"とフォトマスクを使用しています。パターン、それらの光を聞かせているの"白"の部分から基板への単一の深さまでエッチングによっては、されています。フォトリソグラフィーをグレースケール、一方、三次元的にフォトレジストを有効にして彫刻する"灰色の濃淡を"使用しています。言い換えれば、光はパターンで定義されている"シェード"にしたがって様々な程度のフォトマスクを介して送信されます。経由で許可されて光の量は、フォトレジストの露光量を決定し、そして、順番に、感光性化学物質の量は、開発後に削除。

NIST -コーネル微細加工プロセスでは、研究者は、単一のエッチングを使用してナノメートルの精度でガラス基板に多数の深さのナノチャンネルのための3次元パターンを転写できるように、この特性を利用しています。

その結果、3次元ナノ流体デバイスの多機能性を与える"階段"です。

ナノ粒子と3次元ナノ流体デバイス内の個々のDNA鎖の閉じ込めのサイズ排除は、電気泳動、印加される電界を進め、それらを強制することにより、ソリューションを介して荷電粒子の移動の方法を用いて達成される。これらの小説の実験では、NIST -コーネルの研究者は、2つの異なるソリューションを自分のデバイスをテストした:一つは、20マイクロメートルに感染するウイルスからの長さのDNA分子(メートルの万)を含む100ナノメートル径のポリスチレン球と他を含む一般的な細菌大腸菌。各実験では、解決策は、チャンバの深い最後に注入した後、電気泳動浅いレベルに深いから、デバイスを介して駆動する。球とDNA鎖の両方がその動きを顕微鏡で追跡することができるように、蛍光色素で標識された。

硬質ナノ粒子を用いた試験では、チャネルの深さ100ナノメートル未満であった3次元ナノ流体デバイスの領域は、粒子の自由な滞在。ウイルスDNAの試験では、遺伝物質が浅いもので、より深いチャネルと細長いのコイルとして現われた。これらの結果は、3次元ナノ流体デバイスが正常にサイズに基づいて厳格なナノ粒子を除外して(巻かれていない)柔軟なDNA鎖の階段の各ステップで異なる形状に変形することを示している。

現在、研究者が分離して測定異なるサイズのナノ粒子の混合物を、3次元ナノ流体環境で捕獲されたDNAの挙動を調査するために取り組んでいます。

以前のプロジェクトでは、NIST -コーネルの研究者は彼らが呼ばれるプロセスで、漏斗状の入り口がカーブしたとのナノチャンネルを作成するために加熱された空気を使用する"nanoglassblowing。"その新しい3 - Dのいとこと同じように、nanoglassblownナノ流体デバイスは、個々のDNA鎖の研究を促進する。 nanoglassblowingの詳細については、2008年6月10日、http://www.nist.gov/public_affairs/techbeat/tb2008_0610.htm#のガラスでビートNIST技術の問題で見つけることができます。

ナノテクノロジーのホワイトペーパーで説明の作業は、国立研究評議会研究Associateshipプログラムとコーネルのナノバイオテクノロジーセンター、国立科学財団の科学技術センターのプログラムの一部によって部分的にサポートされていました。 3次元ナノ流体デバイスは、コーネルナノスケール科学技術施設と材料研究のためのコーネルセンターで作製し、ナノスケール科学と技術のためのNISTのセンターで特性化した。全ての実験は、メリーランド州ではNISTの研究所で実施した。

Last Update: 6. October 2011 04:06

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