De Kamer Scheidt Nanoparticles Zoals een „Sorteerder van het Muntstuk“

Published on March 31, 2009 at 6:27 PM

De Onderzoekers bij het Nationale Instituut van de Afdeling van de Handel van Normen en Technologie (NIST) en Cornell Universiteit hebben voordeel getrokken van een proces om geïntegreerde schakelingen op het nanometer (miljardste van een meter) niveau te vervaardigen en het gebruikt om een methode voor techniek te ontwikkelen het allereerstee nanoscale fluidic (nanofluidic) apparaat met complexe driedimensionele oppervlakten.

(a) Schema van het nanofluidic apparaat NIST-Cornell met complexe 3-D oppervlakten. Elke die „stap“ van de „trap“ aan de kant wordt gezien merkt een verschillende diepte binnen de kamer. De brief „E“ toont de richting van het elektrische die veld wordt gebruikt om nanoparticles door het apparaat te bewegen. De groene ballen zijn gebieden met diameters van 100 nanometers de waarvan grootte hen van zich het bewegen in de ondiepere gebieden van de kamer beperkt. De rol in het diepe eind van de kamer (hogere juiste hoek) is één enkele bundel van DNA die (hogere linkerhoek) in het ondiepe eind verlengt. (b) de Microfoto die fluorescently geëtiketteerde sferische nanoparticles tonen hield op het 100 nanometerniveau op van de kamer, de diepte die aan hun diameter beantwoordt. (c) Microfoto van één enkele bundel van DNA die in het diepe eind van kamer (doos bij uiterst rechts) wordt gerold en in het ondiepe eind verlengd (doos bij uiterst links). De Grotere dozen zijn close-ups die de fluorescently geëtiketteerde bundels tonen. Krediet: NIST

Zoals beschreven die in een document online vandaag in de dagboekNanotechnologie wordt gepubliceerd, * is de Lilliputachtige kamer een prototype voor toekomstige hulpmiddelen met douane-ontworpen oppervlakten om verschillende types van nanoparticles in oplossing te manipuleren en te meten.

Onder de potentiële toepassingen voor deze technologie: de verwerking van nanomaterials voor productie; de scheiding en het meten van complexe nanoparticlemengsels voor druglevering, gentherapie en nanoparticle het toxicologie; en de isolatie en de beperking van de individuele bundels van DNA voor wetenschappelijke studie aangezien zij om zich worden gedwongen af te wikkelen en uitgerekt (DNA rolt typisch in een bal-als vorm in oplossing) binnen de ondiepste passages van het apparaat.

De apparaten van Nanofluidic worden gewoonlijk door uiterst kleine kanalen in een glas of siliciumwafeltje met de zelfde lithografische die procedures vervaardigd te etsen worden gebruikt om kringspatronen op chips te vervaardigen. Deze vlakke rechthoekige kanalen worden dan bedekt met een glasdekking die op zijn plaats wordt geplakt. Wegens de beperkingen inherent aan conventionele nanofabricatieprocédés, bijna hebben alle nanofluidic apparaten tot op heden eenvoudige meetkunde met slechts een paar diepten gehad. Dit beperkt hun capaciteit om mengsels van nanoparticles met verschillende grootte te scheiden of het nanoscalegedrag van biomoleculen (zoals DNA) in detail te bestuderen.

Om het probleem op te lossen, teamed Samuel Stavis van NIST en Michael Gaitan met Cornell Elizabeth Strychalski om een lithografisch proces te ontwikkelen om nanofluidic apparaten met complexe 3-D oppervlakten te vervaardigen. Als demonstratie van hun methode, construeerden de onderzoekers een nanofluidic die kamer met een „trap“ meetkunde in de vloer wordt geëtst. De „stappen“ in dit trap-elke niveau die het apparaat een progressief stijgende diepte van 10 nanometers (ongeveer 6.000 keer kleiner dan de breedte van een menselijk haar) geven bij de bovenkant aan 620 nanometers (lichtjes kleiner dan een gemiddelde bacterie) bij onderst-zijn wat het apparaat zijn capaciteit om nanoparticles door grootte op de zelfde manier geven te manipuleren een muntstuksorteerder vernikkelt, dimen en kwarten scheidt.

Het NIST-Cornell nanofabricatieprocédé gebruikt grayscale fotolithografie om 3-D nanofluidic apparaten te bouwen. De Fotolithografie is gebruikt voor decennia door de halfgeleiderindustrie om de bevoegdheid van licht uit te rusten om microschakelingspatronen op een spaander te graveren. De patronen van de Kring worden bepaald door malplaatjes, of photomasks, die verschillende hoeveelheden licht toelaten om een fotogevoelig chemisch product, of photoresist te activeren, zittend boven op het spaandermateriaal, of substraat.

De Conventionele fotolithografie gebruikt photomasks als „zwart-of-witte stencils“ om of alle of niets van photoresist volgens een vastgesteld patroon te verwijderen. De „witte“ delen van patroon-die die licht laten worden door-dan geëtst aan één enkele diepte in het substraat. De fotolithografie van Grayscale, anderzijds, gebruikt „schaduwen van grijs“ om photoresist in drie afmetingen te activeren en te beeldhouwen. Met andere woorden, wordt het licht overgebracht door photomask in variërende die graden volgens de „schaduwen“ in het patroon worden bepaald. De toegelaten hoeveelheid licht bepaalt door de hoeveelheid blootstelling van photoresist, en, beurtelings, de hoeveelheid fotogevoelig die chemisch product na ontwikkeling wordt verwijderd.

Het NIST-Cornell nanofabricatieprocédé haalt voordeel uit dit kenmerk, toestaand etsen de onderzoekers om een 3-D patroon voor nanochannels van talrijke diepten in een glassubstraat met nanometerprecisie over te brengen die enig gebruiken.

Het resultaat is de „trap“ die het 3-D nanofluidic apparaat zijn veelzijdigheid geeft.

De uitsluiting van de Grootte van nanoparticles en beperking van de individuele bundels van DNA in het 3-D nanofluidic apparaat wordt verwezenlijkt gebruikend elektroforese, de methode om geladen deeltjes door een oplossing te bewegen door hen met een toegepast elektrisch gebied vooruit te dwingen. In deze nieuwe experimenten, testten de onderzoekers NIST-Cornell hun apparaat met twee verschillende oplossingen: één die 100 nanometer-diameter polystyreengebieden en de andere bevattende 20 micrometer (miljoenste van een meter) bevatten - de molecules van lengteDNA van een virus dat de gemeenschappelijke bacterie Escherichia coli besmet. In elk experiment, werd de oplossing ingespoten in het diepe eind van de kamer en werd toen elektroforetisch gedreven over het apparaat van diepere aan ondiepere niveaus. Zowel werden de gebieden als de bundels van DNA geëtiketteerd met fluorescente kleurstof zodat hun bewegingen met een microscoop zouden kunnen worden gevolgd.

In de proeven die stijve nanoparticles gebruiken, bleef het gebied van het 3-D nanofluidic apparaat waar de kanalen diepgaand minder dan 100 nanometers waren vrij van de deeltjes. In de virale proeven van DNA, verscheen het genetische materiaal zoals die in de diepere kanalen wordt gerold en verlengd in de ondiepere. Deze resultaten tonen aan dat het 3-D nanofluidic apparaat met succes stijve die nanoparticles uitsloot op grootte wordt gebaseerd en (ontrold) de flexibele bundels van DNA in verschillende vormen bij verschillende stappen van de trap misvormde.

Momenteel, werken de onderzoekers om mengsels van verschillend-gerangschikt te scheiden en te meten nanoparticles en die het gedrag van DNA te onderzoeken in een 3-D nanofluidic milieu wordt gevangen.

In een vorig project, de onderzoekers gebruikte verwarmde lucht NIST-Cornell nanochannels met buigende trechter-vormige ingangen in een proces te creëren synchroniseerden zij „het nanoglassblowing.“ Als zijn nieuwe 3-D neef, vergemakkelijkt het nanoglassblown nanofluidic apparaat de studie van de individuele bundels van DNA. Meer informatie bij het nanoglassblowing kan in 10 Juni, 2008 worden gevonden, Sloeg de kwestie van Technologie NIST in http://www.nist.gov/public_affairs/techbeat/tb2008_0610.htm#glass.

Het werk in het document van de Nanotechnologie wordt beschreven werd gesteund voor een deel door het Nationale Programma van Associateship van het Onderzoek van de Raad Voor Onderzoek en Cornell het Centrum van de Nanobiotechnologie, een deel van het Programma dat van het Centrum van de Wetenschap en van de Technologie van de Nationale Stichting van de Wetenschap. De 3-D nanofluidic apparaten werden vervaardigd op de Cornell Nanoscale Faciliteit van de Wetenschap en van de Technologie en het Cornell Centrum voor het Onderzoek van Materialen, en werden gekenmerkt op het Centrum NIST voor Wetenschap Nanoscale en Technologie. Alle experimenten werden uitgevoerd bij de laboratoria NIST in Maryland.

Last Update: 14. January 2012 09:33

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