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Un acceso directo a las nanoestructuras de diseño
Un nuevo método de nanolitografía podría reducir los costos de fabricación de chips de computadora experimentales para la investigación de la electrónica y matrices de biomoléculas para la biología celular. El método permite depositar patrones finos de materiales, o tallarlos, utilizando grandes conjuntos de bolígrafos de silicona colocados sobre resortes; Combina la capacidad de modelar diseños arbitrarios que tienen características de nanoescala con la capacidad de trabajar rápidamente y en áreas relativamente grandes.
Diseño Nanodot: Los puntos que componen esta imagen, que muestra la pirámide de un billete de un dólar estadounidense, están separados por 150 nanómetros. Se hizo una matriz de estas imágenes piramidales, que miden 30 por 33 micrómetros cada una, en una película de oro utilizando un nuevo método de nanolitografía.
Los métodos más comunes para hacer nanoestructuras personalizadas son la litografía con bolígrafo, que implica depositar moléculas con la punta de un microscopio de fuerza atómica, y la litografía por haz de electrones, que implica tallarlas con haces de electrones. Ambos métodos permiten a los investigadores realizar nuevos diseños con características nanoscópicas, pero son increíblemente costosos y consumen mucho tiempo.
Durante la última década, Chad Mirkin , profesor de química en la Northwestern University, ha estado trabajando en formas de reducir el costo y el tiempo necesarios para la fabricación a nanoescala. Mirkin inventó la litografía con bolígrafo en 1999; en 2008, desarrolló un enfoque más práctico utilizando bolígrafos de polímero en lugar de puntas de microscopio. Los bolígrafos son más baratos que las puntas del microscopio, más fáciles de trabajar y funcionan en áreas más grandes. Estas matrices de bolígrafos se pueden rociar con diferentes tintas moleculares en sus puntas y luego unirlas al brazo móvil de un microscopio de sonda de barrido para trazar diseños. Sin embargo, las matrices de bolígrafos de polímero no son muy buenas para crear patrones de características a nanoescala, porque la punta del bolígrafo es suave. Solo puedes ir tan pequeño, dice Mirkin.
Ahora Mirkin ha desarrollado una matriz que funciona de manera similar pero que puede crear funciones mucho más pequeñas. Cuando se empujan sobre una superficie con un microscopio de sonda de barrido, las nuevas matrices, hechas de puntas de silicona dura unidas a un respaldo de polímero elástico, pueden depositar moléculas para hacer nanoestructuras o actuar como diminutos cinceles eléctricos, tallando material. Es esta combinación de la punta de silicona fina y dura con la elasticidad permitida por la capa de polímero subyacente lo que permite una mayor resolución. Mirkin llama al método litografía de punta dura y resorte blando.
Esta semana en el diario Naturaleza , Mirkin informa que utiliza este método para crear patrones con características de menos de 50 nanómetros. En una demostración, los investigadores utilizaron las matrices para tallar réplicas de 30 por 30 micrómetros de la pirámide en el billete de un dólar estadounidense en películas de oro. Imprimir un área de un centímetro cuadrado de estas pirámides tomó aproximadamente 200 minutos. También imprimieron patrones utilizando biomoléculas y materiales eléctricos.
Este avance tiene una buena posibilidad de hacer la transición de la litografía con sonda de escaneo de [uso] académico a ser una importante herramienta de producción y creación de prototipos ampliamente utilizada en las industrias de semiconductores y biotecnología, dice Joseph DeSimone , profesor de química en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill.
Una posible aplicación de la técnica de la litografía es la producción de una pequeña cantidad de chips de computadora especializados, dice DeSimone. Existe una demanda creciente de pequeños lotes de chips para probar nuevos diseños de circuitos, así como de chips especializados para aplicaciones de nicho, particularmente en el ejército. Hacer un nuevo chip requiere hacer una nueva máscara que sea el equivalente a un negativo fotográfico utilizado para modelar los circuitos en una oblea. Existe una gran necesidad insatisfecha de fabricar chips utilizando enfoques sin máscara, dice DeSimone.
A corto plazo, dice Mirkin, los biólogos celulares probablemente encontrarán aplicaciones para la técnica en sus laboratorios. La técnica podría ayudarlos a comprender la forma en que las interacciones celulares a nanoescala controlan la diferenciación de las células madre y la propagación del cáncer por todo el cuerpo, dice. Con este enfoque, las matrices grandes podrían cubrirse con cientos de miles de células para obtener información estadísticamente significativa sobre cómo reaccionan a estas señales químicas con patrones espaciales.
Milán Mrksich , profesor de química en la Universidad de Chicago, dice que la nueva técnica de litografía de Mirkin podría permitir áreas de investigación completamente nuevas. Podría permitir nuevos estudios de adhesión celular, por ejemplo. Los biólogos saben que la unión de una célula a una superficie está determinada por diminutas nanoestructuras llamadas adherencias focales que varían en tamaño. Estos son importantes porque cuando la adhesión celular se rompe, una célula cancerosa puede liberarse de un tumor y diseminarse por todo el cuerpo. Mrksich dice que los arreglos con patrones hechos con la técnica de Mirkin podrían mostrar a los biólogos celulares cómo el tamaño de las adherencias focales regula el comportamiento celular.
Este método debería abrir las capacidades de fabricación de escritorio a muchos más investigadores, dice Mirkin. Una empresa llamada Tinta nano ha comercializado métodos de litografía anteriores de su laboratorio. Él dice que es probable que la universidad otorgue la licencia del método de nanolitografía a una empresa, no necesariamente a Nano Ink. Mrksich también forma parte del consejo asesor científico de esa empresa.