Enheter som är mindre än ett människohårs bredd är nyckeln till teknologier för läkemedelstillförsel, halvledare, och bränsleproduktion. Men nuvarande metoder för att tillverka dessa mikro- och nanostrukturer kan vara dyra och slösaktiga.

Forskare vid Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har tillverkat en ny glas- och syntetisk diamantgrund som kan användas för att skapa mycket små mikro- och nanostrukturer. Detta nya substrat är billigt och lämnar minimalt med avfall, forskarna säger, i en studie publicerad i Diamant och relaterade material .

"Vi har ägnat de senaste decennierna åt att slänga plast, sa Stoffel Janssens, studiens första författare, och en medlem av OIST's Mathematics, Mekanik, och materialenhet. "Med hållbara material som diamant och glas, vi minimerar negativ miljöpåverkan."

Att bygga en nanostruktur

De nuvarande processerna för tillverkning av mikro- och nanoenheter kan vara dyra och ineffektiva. Syntetisk diamant, som har samma kemiska struktur som naturlig diamant, är tålig, låg kostnad och hållbar, och glas är mångsidigt och elektriskt isolerande; teknologier som kombinerar de två är lovande.

Forskarna gjorde sin grund med glasetsning, en process som är beroende av syra för att reducera en glasplatta till en tjocklek av 50 mikrometer (ungefär längden av en typisk cell i människokroppen). Janssens och hans medarbetare, Professor Eliot Fried, David Vázquez-Cortés, Alessandro Giussani, och James Kwiecinski, använde en laser för att borra hålrum, cirka 40 mikrometer i diameter och djup, in i ena sidan av glasplattan.

Nästa, forskarna odlade en 175 nanometer tjock nanokristallin diamantfilm på andra sidan av glaset och förvandlade de borrade hålrummen till små kanaler förseglade med suspenderad diamant. Genom att kombinera diamant och glas skapas en transparent struktur där forskare kan växa och visualisera levande celler.

"Under denna tillverkningsprocess, glaset kan lätt bli strävt och ogenomskinligt, sade Janssens. Det finns så många små saker som kan gå fel; vi gjorde många justeringar för att optimera vår process."

Går vidare, Janssens hoppas kunna skapa porösa diamantfilmer skräddarsydda för att leverera specifika läkemedel. Forskarna har ansökt om patent på den nya stiftelsen och undersöker dess kommersiella potential.

"Den här typen av forskning kan bara göras genom kombinerade ansträngningar av forskare med olika bakgrund, ", sa Fried. "OISTs tvärvetenskaplighet och dess samarbetsmiljö gjorde vårt arbete möjligt."