(PhysOrg.com) -- Forskare från Northwestern University har utvecklat en ny teknik för att snabbt skapa prototyper av enheter och strukturer i nanoskala som är så billig att "skrivhuvudet" kan slängas när det är klart.

Hård spets, soft-spring litografi (HSL) rullar ihop till en metod det bästa av skanning-probe litografi - hög upplösning - och det bästa av polymer penna litografi - låg kostnad och enkel implementering.

HSL kan användas inom områdena elektronik (elektroniska kretsar), medicinsk diagnostik (genchips och uppsättningar av biomolekyler) och läkemedel (matriser för screening av läkemedelskandidater), bland andra.

För att visa metodens kapacitet, forskarna duplicerade pyramiden på den amerikanska endollarsedeln och de omgivande orden cirka 19, 000 gånger med 855 miljoner punkter per kvadrattum. Varje bild består av 6, 982 punkter. (De återgav en bitmappsrepresentation av pyramiden, inklusive "Eye of Providence." Denna övning belyser upplösningen under 50 nanometer och metodens skalbarhet.

Resultaten kommer att publiceras 27 januari av tidskriften Natur .

"Hårt tips, soft-spring litografi är att skanna-sond litografi vad engångshyveln är för rakhyvelindustrin, " sa Chad A. Mirkin, tidningens seniorförfattare. "Detta är ett stort steg framåt i förverkligandet av datortillverkning som gör det möjligt för forskare inom akademi och industri att skapa och studera nanostrukturprototyper i farten."

Mirkin är George B. Rathmann professor i kemi vid Weinberg College of Arts and Sciences och professor i medicin, kemisk och biologisk ingenjörskonst, biomedicinsk ingenjörskonst och materialvetenskap och ingenjörskonst och chef för Northwesterns International Institute for Nanotechnology.

Mikro- och nanolitografiska tekniker används för att skapa mönster och bygga ytarkitekturer av material i liten skala.

Skanna sond litografi, med sin höga upplösning och registreringsnoggrannhet, för närvarande är en populär metod för att bygga nanostrukturer. Metoden är, dock, svårt att skala upp och producera flera kopior av en enhet eller struktur till låg kostnad.

Skanningsproblitografier förlitar sig vanligtvis på användningen av konsoler som skrivarkomponenter. Cantilevers är mikroskopiska spakar med spetsar, används vanligtvis för att avsätta material på ytor i ett tryckexperiment. De är ömtåliga, dyr, besvärligt och svårt att implementera i ett arraybaserat experiment.

"Att skala cantilever-baserade arkitekturer till låg kostnad är inte trivialt och leder ofta till enheter som är svåra att använda och begränsade med avseende på tillämpningsomfånget, " sa Mirkin.

Hård spets, soft-spring litografi använder en mjuk polymerbaksida som stöder vassa silikonspetsar som sitt "skrivhuvud". Fjäderpolymerbaksidan gör att alla spetsar kommer i kontakt med ytan på ett enhetligt sätt och eliminerar behovet av att använda konsoler. Väsentligen, hårda spetsar flyter på mjuka polymerfjädrar, gör att antingen material eller energi kan levereras till en yta.

HSL erbjuder en metod som snabbt och billigt producerar mönster av hög kvalitet och med hög upplösning och densitet. Prototyparrayerna som innehåller 4, 750 spetsar kan tillverkas för kostnaden för en enda fribärande spets och tillverkas i massa, sa Mirkin.

Mirkin och hans team visade en uppsättning av 4, 750 ultraskarpa silikonspetsar riktade över en yta på en kvadratcentimeter, med större arrayer möjliga. Mönster av särdrag med en upplösning på under 50 nanometer kan göras med särdragsstorlek styrd av spetskontakttid med substratet.

De producerade mönster som "skriver" med molekyler och visade att när spetsarna trycker mot substratet komprimeras den flexibla baksidan, indikerar att spetsarna är i kontakt med ytan och att skrivning sker. (Skiselspetsarna deformeras inte under tryck.)

"Så småningom borde vi kunna bygga arrayer med miljontals pennor, där varje penna aktiveras oberoende, " sa Mirkin.

Forskarna visade också förmågan att använda hårda spetsar, soft-spring litografi för att överföra mekanisk och elektrisk energi till en yta.