שיטת ננו-ליתוגרפיה חדישה

מדענים מהמכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה פיתחו שיטת ננו-ליתוגרפיה המסוגלת לייצר מערכים של שלושה כימיקלים שונים, ברמת הפרדה גבוהה, בתוך שבב יחיד
.

מדענים מהמכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה פיתחו שיטת ננו-ליתוגרפיה המסוגלת לייצר מערכים של שלושה כימיקלים שונים, ברמת הפרדה גבוהה, בתוך שבב יחיד, במהירות הזרקה של עד מילימטר אחד לשנייה. ננו-המערכים הכימיים ניתנים אז לעיצוב כרצוננו לכל צורה ומבנה והם יציבים מספיק כדי שניתן יהיה לאחסנם למשך שבועות ולהשתמש בהם מאוחר יותר במקום אחר.

השיטה, הידועה כ"ננו-ליתוגרפיה תרמו-כימית" (Thermochemical Nanolithography), מתוארת במלואה בכתב העת המדעי Advanced Functional Materials. למחקר יוכלו להיות יישומים אפשריים במספר תחומים מדעיים החל מאלקטרוניקה ועד רפואה.

"כוחה של שיטה זו טמון ביכולתה להטביע תבניות כימיות באופן זול, דחוס ובכושר הפרדה גבוה על דגימות, שאותן ניתן להעביר לכל מעבדה ברחבי העולם, ואז לטבול את הדגימות בכל תמיסה רצויה לשם ההכנה של ננו-מבנים עם חלבונים, ד.נ.א. או ננו-חלקיקים," אמרה החוקרת Elisa Riedo, פרופסור בביה"ס לפיסיקה במכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה.

מבחינה מושגית, השיטה מפתיעה בפשטותה. באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) החוקרים מחממים חוד סיליקון ומעבירים אותו מעל שכבת פולימר דקיקה. החום המשתחרר מהחוד משרה תגובה כימית מקומית על-גביי המשטח הדקיק. תגובה זו משנה את אופיו הכימי של המשטח והופכת אותו ממשטח אינרטי לפעיל, כזה המסוגל לקשור אלו באופן בררני פרודות כימיות. צוות המחקר פיתח לראשונה את השיטה בשנת 2007. כעת, הם הוסיפו לה מספר שיפורים חדשים שיוכלו להפוך את השיטה לכלי שימושי ביותר למדענים העוסקים ברמה הננומטרית.

"יצרנו שיטה להטבעת תבניות עצמאיות של מספר כימיקלים שונים על שבב שיוכלו להיות מעוצבות בכל צורה שנחפוץ בה," אומרת אחת מהשותפות למחקר.

היכולת להכין פריטים גבוהי-רזולוציה של כימיקלים שונים בצורות מגוונות חשובה מאחר ושיטות ננו-ליתוגרפיות מסוימות מוגבלות רק לסוג כימיה אחד, לרזולוציות נמוכות או למבנים מוגדרים. בנוסף, קצב העבודה של השיטה החדשה, של מילימטר אחד לשנייה, גבוה במספר סדרי גודל משיטות ליתוגרפיה קיימות שבהן הקצב הוא כ- 0.0001 מילימטר לשנייה עבור כל חוד-"כתיבה".

המחקר התאפשר בזכות חודי-גלאי AFM מחוממים המסוגלים לייצר נקודות חמות בקוטר זעום של מספר ננומטרים. "החוד המחומם מאפשר למדענים להכווין תגובות כימיות ברמה הננומטרית," אומר החוקר הראשי.

בשיטה החדשה ניתן לקבל תבניות כימיות מרובות על-גביי אותו השבב ע"י השימוש בחוד ה- AFM לשם חימום שכבת הפולימר ושינוי מידת הפעילות שלה. בשלב הבא, השבב מוטבל בתמיסה המאפשרת לכימיקלים (כגון חלבונים או מחברים כימיים אחרים) שבתוכה להיקשר לשבב באותן הנקודות שחוממו מראש. חוד ה-AFM מחמם לאחר מכן נקודות נוספות ושוב ניתן לחבר אליהן כימיקלים אחרים.

במאמרם, המדענים הדגימו כיצד ניתן לקשור אמינים, תיולים, אלדהידים וביוטין באמצעות שיטה זו. בעיקרון, שיטה זו תוכל לשמש עבור הקשירה של כל כימיקל שהוא. במחקרם, המדענים גם מדגימים כיצד התבניות הכימיות משמשות לארגון חומרים תפקודיים על-גביי המשטח, חומרים כגון חלבונים ורצפי ד.נ.א.

"יתרונה הגדול של שיטה זו טמון בכך שהיא פועלת כמעט עם כל חומר כימי או ננו-עצם הפעיל כימית. היא מאפשרת למדענים לקשור במהירות רבה רכיבים שונים ומגוונים שניתנים, לאחר-מכן, להיות מומרים למבנים מורכבים יותר ושונים, שבתורם יכולים לחבור באופן בררני לפריטים אחרים (אלקטרודות, חיישנים וכו'). כך שלא משנה אם אתה מתעניין בביולוגיה, אלקטרוניקה, רפואה או כימיה, השיטה מאפשרת לך ליצור כל תבנית כימית רצויה," אומר אחד מהחוקרים. בנוסף, יציבותה של השיטה מאפשרת את שימושה גם בידיהם של מדענים שאינם מומחים דווקא בתחום הננו-ליתוגרפיה העדינה.

"מרגע שהטבעת את התבנית, היא יציבה ובלתי-פעילה. הראנו כי ניתן לשמרה למעלה מחודש, לטבול אותה אז בתמיסה ועדיין להפכה לפעילה מחדש, ברגע הרצוי לנו," מסבירה החוקרת הראשית.