Vesi avuksi mikrosirujen ja nanorakenteiden valmistukseen

Nykyisten mikrosirujen valmistus vaatii nanometritason valmistusmenetelmiä ja se on vahvasti riippuvainen liuottimista, jotka kuljettavat ja keräävät materiaaleja jokaiseen kerrokseen. Liuottimia voi olla vaikea käsitellä ja ne voivat olla myrkyllisiä ympäristölle.

Nyt tutkijat, joita johtaa professori Fiorenzo Omenetto, ovat kehittäneet nanovalmistusmenetelmän, jossa käytetään vettä ensisijaisena liuottimena, mikä tekee siitä ympäristöystävällisemmän ja avaa oven epäorgaanisia ja biologisia materiaaleja yhdistävien laitteiden kehittämiselle.

Veden käytön haasteena liuottimena on, että materiaalit, joiden kanssa se joutuu kosketuksiin valmistuksen aikana, ovat usein hydrofobisia eli hylkivät vettä.

Omenetto ja hänen tiiminsä Tufts University Silklabista havaitsivat, että tavallisen silkin proteiinirakenneaine, silkkifibroini voi merkittävästi parantaa veden kykyä peittää tasaisesti lähes minkä tahansa pinnan riippuen siitä, kuinka paljon fibroiinia on lisätty.

Muita sellaisia pinta-aktiivisia aineita, jotka muuttavat veden ominaisuuksia, käytetään kaupallisessa tuotannossa tämän ongelman ratkaisemiseksi, mutta silkkifibroiinia voidaan käyttää huomattavasti pienempiä määriä. Lisäksi se tuottaa laadukkaita tuloksia ja on biologisesti ja ympäristölle ystävällistä.

"Tämä avaa valtavan mahdollisuuden laitevalmistukseen", Omenetto sanoi. "Vesiliukoisia materiaaleja ja metalleja ei voi kerrostaa vain piin, vaan kaikenlaisten polymeerien päälle. Voimme jopa kerrostaa ja tulostaa biologisia molekyylejä käytännöllisesti katsoen mille tahansa pinnalle nanometrin tarkkuudella."

Omenetto ja hänen tiiminsä olivat osoittaneet tämän kyvyn aikaisemmissa tutkimuksissa luoden hybridi-pii-biologisen transistorin, joka pystyy reagoimaan ympäristöön, siirtymään digitaalisen ja analogisen prosessoinnin välillä ja voisi olla jopa neuromorfisten rakenteiden esiaste.

Biologisia molekyylejä on käytetty yhdessä elektroniikan kanssa havaitsemaan veren glukoosia, infektiota osoittavia vasta-aineita ja DNA-fragmentteja esimerkiksi mutaatioiden tunnistamiseen, mutta niiden integroiminen yleisiin nanovalmistettuihin rakenteisiin, kuten mikrosiruihin, voisi mahdollistaa seuraavan sukupolven biosensorien ja prosessorien suunnittelun, jotka sopivat terveyden ja ympäristön vaatimuksiin.

Tässä tutkimuksessa esitellyt vesipohjaista käsittelyä hyödyntävät nanolaitteet sisältävät monia komponentteja, jotka ovat nykyään laajalti käytössä tietokoneissa, älypuhelimissa, aurinkokennoissa ja muissa teknologioissa.

Työssä kehitettyjen komponenttien suorituskyky vastasi kaupallisia vastineitaan. Itse asiassa vesipohjainen mikrosirujen ja muiden nanolaitteiden valmistus voidaan helposti korvata osaksi nykyisiä valmistusprosesseja, tutkijat sanovat, yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Askel biologian ja mikroelektroniikan integroinnille

Älyompeleita ja älyneuloja