(PhysOrg.com)-Forskare vid Georgia Tech har utvecklat en nanolitografisk teknik som kan producera högupplösta mönster av minst tre olika kemikalier på ett enda chip vid skrivhastigheter på upp till en millimeter per sekund. De kemiska nanomönstren kan skräddarsys med valfri form och har visat sig vara tillräckligt stabila så att de kan lagras i veckor och sedan användas på annat håll. Tekniken, känd som termokemisk nanolitografi beskrivs i december 2009-upplagan av tidskriften Avancerade funktionella material . Forskningen har tillämpningar inom en rad vetenskapliga områden från elektronik till medicin.

"Styrkan med denna metod är egentligen möjligheten att producera till låg kostnad, kemiska mönster med hög upplösning och hög densitet på ett prov som kan levereras i alla laboratorier runt om i världen, där även icke -experter på nanoteknik kan doppa provet i önskad lösning och, till exempel, göra nano-arrayer av proteiner, DNA eller nanopartiklar, sa Elisa Riedo, docent vid School of Physics vid Georgia Institute of Technology.

Begreppsmässigt, tekniken är förvånansvärt enkel. Med hjälp av ett atomkraftmikroskop (AFM), forskare värmer en kiselspets och kör den över en tunn polymerfilm. Värmen från spetsen inducerar en lokal kemisk reaktion vid filmens yta. Denna reaktion förändrar filmens kemiska reaktivitet och omvandlar den från en inert yta till en reaktiv som selektivt kan fästa andra molekyler. Teamet utvecklade tekniken först 2007. Nu har de lagt till några viktiga nya vändningar som borde göra termokemisk nanolitografi (TCNL) till ett extremt användbart verktyg för forskare som arbetar på nanoskala.

"Vi har skapat ett sätt att göra oberoende mönster av flera kemikalier på ett chip som kan ritas i vilken form du vill, "sa Jennifer Curtis, biträdande professor vid Fysikhögskolan.

Att kunna skapa högupplösta egenskaper hos olika kemikalier i godtyckliga former är viktigt eftersom vissa nanolitografitekniker är begränsade till bara en kemi, lägre upplösningar och/eller fasta former. Dessutom, TCNL:s hastighetskapacitet på en millimeter per sekund gör den i storleksordningar snabbare än den allmänt använda dip-pen nanolitografin, som rutinmässigt klockar med en hastighet av 0,0001 millimeter per sekund per penna.

Forskningen möjliggörs av uppvärmda AFM-sondspetsar som kan skapa en hot spot så liten som några nanometer i diameter. Sådana tips är designade och tillverkade av samarbetspartner professor William King vid University of Illinois, Urbana-Champaign. "Den uppvärmda spetsen gör att man kan styra kemiska reaktioner i nanoskala, sade kungen.

Den nya tekniken producerar flera kemiska mönster på samma chip genom att använda AFM för att värma en polymerfilm och ändra dess reaktivitet. Chippet doppas sedan i en lösning, som tillåter kemikalier (t.ex. proteiner eller andra kemiska länkar) i lösningen för att binda till chippet på de delar där det har värmts upp. AFM värmer sedan upp filmen på en annan plats. Chipet doppas i en annan lösning och återigen kan en annan kemikalie binda till chipet.

I tidningen, forskarna visar att de kan mönstra amin, tiol, aldehyd och biotin med denna teknik. Men i princip kan TCNL användas för nästan vilken kemikalie som helst. Deras arbete visar också att de kemiska mönstren kan användas för att organisera funktionella material på ytan, såsom proteiner och DNA.

"Kraften i denna teknik är att den i princip kan fungera med nästan alla kemiska eller kemiskt reaktiva nanoobjekt. Det gör det möjligt för forskare att snabbt rita många saker som sedan kan konverteras till valfritt antal olika saker, som själva kan binda selektivt till ännu ett antal andra saker. Så, det spelar ingen roll om du är intresserad av biologi, elektronik, medicin eller kemi, TCNL kan skapa det reaktiva mönstret för att binda det du väljer, sa Seth Marder, professor vid Techs School of Chemistry and Biochemistry och chef för Center for Organic Photonics and Electronics.

Dessutom, TCNL tillåter att den kemiska skrivningen görs på en plats med nanoobjektmönstret på en annan, så att forskare som inte är experter på att skriva kemiska mönster på nanoskala fortfarande kan fästa sina objekt på den. Det är teknikens stabilitet som gör detta möjligt.

"När du har ritat mönstret, det är väldigt stabilt och icke-reaktivt. Vi har visat att du kan ha det i mer än en månad, ta ut den och doppa den och den kommer fortfarande att binda, sa Riedo.

"Jag skulle vilja tro att om flera år kommer människor att ha tillgång till ett TCNL-verktyg som gör det möjligt för dem att göra denna mönstring på en plats som Georgia Tech, det är mycket billigare än den typ av nanolitografiverktyg vi för närvarande använder i vårt rena rum, sa Marder.