A Câmara Separa Nanoparticles Como da “um Classificador Moeda”

Published on March 31, 2009 at 6:27 PM

Os Pesquisadores no National Institute of Standards and Technology de Departamento de Comércio (NIST) e na Universidade de Cornell capitalizaram em um processo para fabricar circuitos integrados a nível do nanômetro (bilionésimo de um medidor) e usaram-se lhe para desenvolver um método para projetar o dispositivo (nanofluidic) fluidic do primeiro-nunca nanoscale com superfícies tridimensionais complexas.

(a) Diagrama Esquemático do dispositivo nanofluidic de NIST-Cornell com superfícies 3-D complexas. Cada “etapa” da “escadaria” considerada no lado marca uma profundidade diferente dentro da câmara. A letra “E” mostra o sentido do campo elétrico usado para mover os nanoparticles através do dispositivo. As bolas verdes são esferas com diâmetros de 100 nanômetros cujo o tamanho os restringe de se mover nas regiões mais rasas da câmara. A bobina na extremidade profunda da câmara (canto direito superior) é uma única costa do ADN que se prolongue (canto esquerdo superior) na extremidade rasa. (b) O Photomicrograph que mostra nanoparticles esféricos fluorescente etiquetados parou a nível de 100 nanômetros da câmara, a profundidade que corresponde a seu diâmetro. (c) Photomicrograph de uma única costa do ADN que seja enrolado na extremidade profunda da câmara (caixa no extrema direita) e prolongado na extremidade rasa (caixa na extrema esquerda). As caixas Maiores são close up que mostram as costas fluorescente etiquetadas. Crédito: NIST

Como descrito em hoje em linha publicado papel na Nanotecnologia do jornal, * a câmara Liliputiano é um protótipo para as ferramentas futuras com as superfícies projetadas para manipular e medir tipos diferentes de nanoparticles na solução.

Entre os pedidos potenciais para esta tecnologia: o processamento dos nanomaterials para fabricar; a separação e a medição de misturas complexas do nanoparticle para a entrega da droga, a terapia genética e a toxicologia do nanoparticle; e o isolamento e o confinamento de costas individuais do ADN para o estudo científico como está forçado para desenrolar e se prolongar (ADN tipicamente bobinam na bola-como a forma na solução) dentro das passagens as mais rasas do dispositivo.

Os dispositivos de Nanofluidic são fabricados geralmente gravando os canais minúsculos em uma bolacha do vidro ou de silicone com os mesmos procedimentos litográficos usados para fabricar testes padrões do circuito em chip de computador. Estes canais retangulares lisos são cobertos então com uma tampa de vidro que seja ligada no lugar. Devido às limitações inerentes aos processos convencionais da nanofabricação, quase todos os dispositivos nanofluidic até agora tiveram geometria simples com somente algumas profundidades. Isto limita sua capacidade para separar misturas dos nanoparticles com tamanhos diferentes ou para estudar em detalhe o comportamento do nanoscale das biomoléculas (tais como o ADN).

Para resolver o problema, o Samuel Stavis do NIST e Michael Gaitan teamed com Elizabeth Strychalski de Cornell para desenvolver um processo litográfico para fabricar dispositivos nanofluidic com superfícies 3-D complexas. Como uma demonstração de seu método, os pesquisadores construíram uma câmara nanofluidic com uma geometria da “escadaria” gravada no assoalho. “Pisa” neste escadaria-cada nível que dá o dispositivo que uma profundidade progressivamente crescente de 10 nanômetros (aproximadamente 6.000 vezes menor do que a largura de um cabelo humano) na parte superior a 620 nanômetros (ligeira menor do que uma bactéria média) no parte-está o que dão ao dispositivo sua capacidade para manipular nanoparticles pelo tamanho da mesma forma um classificador da moeda separa níqueis, pelas moedas de dez centavos e pelos quartos.

O processo da nanofabricação de NIST-Cornell utiliza a fotolitografia do grayscale para construir dispositivos nanofluidic 3-D. A Fotolitografia foi usada por décadas pela indústria do semicondutor para aproveitar a potência da luz gravar testes padrões do microcircuito em uma microplaqueta. Os testes padrões do Circuito são definidos por moldes, ou photomasks, que permitem quantidades diferentes de luz activar um produto químico fotossensível, ou fotoresistente, sentando-se sobre o material da microplaqueta, ou a carcaça.

A fotolitografia Convencional usa photomasks como “os estêncis preto-ou-brancos” para não remover todo o ou nenhuns fotoresistente de acordo com um teste padrão do grupo. As partes “brancas” dos teste-aqueles que deixam a luz através-são gravadas então a uma única profundidade na carcaça. A fotolitografia do Grayscale, por outro lado, usa “máscaras do cinza” para activar e esculpir o fotoresistente em três dimensões. Ou seja a luz é transmitida através do photomask nos vários graus de acordo com as “máscaras” definidas no teste padrão. A quantidade de luz permitida determina completamente a quantidade de exposição do fotoresistente, e, por sua vez, a quantidade de produto químico fotossensível removida após a revelação.

O processo da nanofabricação de NIST-Cornell aproveita-se deste característico, permitindo que os pesquisadores transfiram um teste padrão 3-D para nanochannels de profundidades numerosas em uma carcaça de vidro com precisão do nanômetro usando única gravura em àgua forte.

O resultado é a “escadaria” que dá ao dispositivo nanofluidic 3-D sua versatilidade.

A exclusão do Tamanho dos nanoparticles e do confinamento de costas individuais do ADN no dispositivo nanofluidic 3-D é realizada usando a electroforese, o método de mover partículas cobradas através de uma solução forçando as para a frente com um campo elétrico aplicado. Nestas experiências novas, os pesquisadores de NIST-Cornell testaram seu dispositivo com duas soluções diferentes: um que contem 100 esferas do poliestireno do nanômetro-diâmetro e o outro que contem 20 micrômetros (milhonésimo de um medidor) - moléculas do ADN do comprimento de um vírus que contamine a bactéria comum Escherichia Coli. Em cada experiência, a solução foi injectada na extremidade profunda da câmara e então conduzida electrophoretically através do dispositivo de mais profundo a uns níveis mais rasos. As esferas e as costas do ADN foram etiquetadas com a tintura fluorescente de modo que seus movimentos pudessem ser seguidos com um microscópio.

Nas experimentações usando nanoparticles rígidos, a região do dispositivo nanofluidic 3-D onde os canais eram menos de 100 detalhados dos nanômetros ficados livre das partículas. Nas experimentações virais do ADN, o material genético apareceu como enrolado nos canais mais profundos e prolongou-se no mais rasos. Estes resultados mostram que o dispositivo nanofluidic 3-D excluiu com sucesso os nanoparticles rígidos baseados no tamanho e deformou (desenrolado) as costas flexíveis do ADN em formas distintas em etapas diferentes da escadaria.

Actualmente, os pesquisadores estão trabalhando para separar e misturas da medida de nanoparticles diferente-feitos sob medida e para investigar o comportamento do ADN capturado em um ambiente nanofluidic 3-D.

Em um projecto precedente, os pesquisadores de NIST-Cornell usaram o ar caloroso para criar nanochannels com o encurvamento de entradas funil-dadas forma em um processo que dublaram “nanoglassblowing.” Como seu primo 3-D novo, o dispositivo nanofluidic do nanoglassblown facilita o estudo de costas individuais do ADN. Mais informação em nanoglassblowing pode ser encontrada na introdução do 10 de junho de 2008 da Batida da Tecnologia do NIST em http://www.nist.gov/public_affairs/techbeat/tb2008_0610.htm#glass.

O trabalho descrito no papel da Nanotecnologia foi apoiado na parte pelo Programa de Associateship da Pesquisa do Conselho de Pesquisa e pelo Centro Nacionais da Nanobiotecnologia de Cornell, na parte da Ciência do National Science Foundation e no Programa do Centro de Tecnologia. Os dispositivos nanofluidic 3-D foram fabricados na Facilidade da Ciência e da Tecnologia de Cornell Nanoscale e no Centro de Cornell para a Pesquisa dos Materiais, e caracterizados no Centro do NIST para a Ciência e a Tecnologia de Nanoscale. Todas As experiências foram executadas nos laboratórios do NIST em Maryland.

Last Update: 14. January 2012 06:46

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