Denna nanotråd fotograferades med ett transmissionselektronmikroskop. Pilen pekar på nanotråden, som var innesluten i en mikrotubuli. Endast metalltråden syns eftersom elektroner från mikroskopet bombarderade tråden när bilden gjordes och förstörde proteinet. Notera 33-nanometerskalan.
(PhysOrg.com) - University of Arizonas ingenjörer har patenterat en process som kan leda till nästa stora språng inom mikroelektronik, förändrar helt hur mikrochips tillverkas. Pierre Deymier, professor i materialvetenskap och teknik, är en av UA-fakultetsmedlemmarna som uppfann processen.
Nästa steg är att tillämpa nanotrådsforskningen på enheter och tillverkningsprocesser.
Ingenjörer från University of Arizona har patenterat en process som kan leda till nästa stora språng inom mikroelektronik, förändrar helt hur mikrochips tillverkas.
Det biotekniska genombrottet som patenterats av forskare vid UA College of Engineering används för att bygga mikroskopiska ledningskretsar gjorda av koppar isolerade av proteiner.
Genom en kombination av biologiska processer och strömlös kopparavsättning, forskargruppen har skapat små trådar baserade på proteiner som kallas mikrotubuli, aka MTs.
Dessa rör har en innerdiameter på 15 nanometer och en ytterdiameter på 25 nanometer och kan växa till längder på flera mikrometer. Röda blodkroppar har en diameter på cirka 8 mikrometer, ett avstånd på vilket 320 MT:er kunde radas upp sida vid sida.
Nyckelkomponenten i detta patent (US 7, 862, 652 B2) är förmågan att avsätta koppar inuti de icke-ledande MT:erna för att göra små isolerade ledningar, sa Pierre Deymier, en professor i materialvetenskap och teknik och en av UA-fakultetsmedlemmarna som uppfann processen.
Deymier är också chef för School of Sustainable Engineered Systems. Meduppfinnare inkluderar Ian Jongewaard, James Hoying, Roberto Guzman och Srini Raghavan.
I naturen, MT:er segregerar DNA och kromosomer i en cell som delar sig. Under mitos (celldelning) växer MT och krymper, dyka upp och försvinna, som de behövs. De börjar bildas från ett fröprotein som kallas gamma-tubulin, Deymier förklarade.
Forskarna skriver ut gammatubuliner på kretspunkter där de vill att ledningar ska börja, och skriva ut specifika peptider på trådarnas destinationer. Peptider är strängar av aminosyror, proteiners byggstenar.
Flera tubuli växer, men bara några fäster. När alla anslutningar är klara, lösningen där MTs växer förändras, och de som inte är fästa försvinner.
Nästa, de återstående MT:erna badas i en kopparsaltlösning. "Nyckeln är att metallisera insidan av mikrotubulierna före utsidan, " sa Deymier.
En aminosyra som heter histidin, som har en stark affinitet för koppar, bildas naturligt inuti tubuli, och metalliseringsprocessen börjar där. Genom att korrekt tajma kopparsaltcykeln, koppar bildas bara inuti MTs, vilket resulterar i små isolerade ledningar.
Ett av de viktigaste genombrotten var att hitta en biologiskt godartad avsättningsprocess som inte skulle skada MT-funktion eller struktur. Denna process utvecklades av professor Srini Rahavan och hans studenter vid institutionen för materialvetenskap och teknik.
Traditionella halvledartillverkningsteknologier når gränserna i sin strävan efter allt mindre chipfunktioner. Biologisk sammansättning – tillväxt från botten och upp som efterliknar hur levande organismer skapas – erbjuder de processer och kontroll som behövs för att bilda strukturer från atomer och molekyler, sa Deymier.
Dessa bottom-up-tekniker lovar att vara mycket billigare, han lade till. MT-baserade nanotrådar är naturligt isolerade, ger designers mer frihet att dra ledningar över varandra, något som inte kan göras med de oisolerade kretsspåren som finns i nuvarande chip-utskriftstekniker, såsom fotolitografi.
Förutom deras användning för att ansluta kretselement i molekylstorlek, MT-baserade nanotrådar kan användas för att extrahera ström från solceller som efterliknar fotosyntes, sa Deymier. Dessa växtliknande fotoceller inkluderar ljuskänsliga växtproteiner som fångar fotoner och producerar elektroner. Nanotrådar skulle kunna användas för att kanalisera dessa elektroner till omvärlden.
Nästa steg är att tillämpa denna nanotrådsforskning på enheter och tillverkningsprocesser. Sa Deymier:"Vi skulle vara glada att se människor licensiera denna teknik för att utveckla tillverkningsprocesser för mikrochips eller andra relaterade processer."
