Optisk kvalitet silkesfibroin vattenlösning, erhållen från kokongerna av Bombyx mori larven, placerades på ett substrat och centrifugerades för att bilda en silkesfilm. Både positiva och negativa resister bildades och utvecklades med vatten.
(Phys.org) – Tufts Universitys ingenjörer har visat att det är möjligt att generera nanostrukturer från silke i en miljövänlig process som använder vatten som ett utvecklingsmedel och standardtillverkningstekniker. Detta tillvägagångssätt ger ett grönt alternativ till de giftiga materialen som vanligtvis används i nanotillverkning samtidigt som den levererar tillverkningskvalitet jämförbar med konventionella syntetiska polymerer. Nanotillverkning är kärnan i tillverkningen av halvledare och andra elektroniska och fotoniska enheter.
Tidningen som beskriver detta arbete, "All vattenbaserad elektronstrålelitografi med silke som positiv, Negativ och biofunktionell resist, " dyker upp i Naturens nanoteknik , publiceras online 23 mars före tryckt publicering.
"I en värld som strävar efter att minska giftiga fotspår i samband med tillverkning, vårt laboratorium utforskar biopolymerer, och silke i synnerhet, som ett kandidatmaterial för att ersätta plast i många högteknologiska tillämpningar, " sa Frank C. Doble professor i biomedicinsk teknik Fiorenzo Omenetto, Ph.D., senior forskare på arbetet.
Nanotillverkning innebär högupplöst mönstring med egenskaper så små att de har minst en dimension som inte är större än 100 nanometer (nm) - storleken på partiklar som filtreras bort av kirurgiska masker. Tillverkning i nanoskala erhålls vanligtvis genom att deponera tunna filmer av skräddarsydda polymerer, kallas "motsätter sig, " på kiselskivor. Varje resistskikt mönstras successivt genom att använda ljus eller elektroner (via elektronstrålelitografi) för att exponera den del av resisten som inte täcks av en mask. Därefter, positiva resister löses upp när de utsätts för en framkallare medan negativa resister ligger kvar efter framkallning. Sammansättningen och konfigurationen av skikten bestämmer strukturens egenskaper.
Att utveckla ett resist kräver vanligtvis giftiga kemikalier, som behöver vara försiktig, och dyrt, hantering och bortskaffande. Betydande framsteg har gjorts med "gröna" resist som kan utvecklas med vatten, men dessa tekniker har saknat önskad precision och skalbarhet.
"I kontrast, vår process är helt vattenbaserad, börjar med silkesvattenlösningen och slutar med enkel framkallning av den exponerade sidenfilmen i vatten, och den uppnådda upplösningen var jämförbar med en av de vanligaste syntetiska polymererna, sa Omenetto, som innehar en professur vid institutionen för fysik vid Tufts School of Arts and Sciences vid sidan av sin anställning vid Tekniska Högskolan. "En mängd olika tillverkningsindustrier, högteknologiska företag och akademiska laboratorier kan i slutändan dra nytta av rena rum som också är gröna."
För detta arbete, Tufts ingenjörer tillverkade fotoniska gitter i nanoskala med både snyggt silke och funktionaliserat silke dopat med kvantprickar, grönt fluorescerande proteiner (GFP) eller pepparrotsperoxidas (HRP).
"Genom att visa att biomolekyler av enzymet HRP förblev aktiva efter nanotillverkningsprocessen för elektronstrålen, vi demonstrerade möjligheten att tillverka biologiskt aktiva silkesavkänningsanordningar, något som inte är tillgängligt just nu, sa Benedetto Marelli, Ph.D. Marelli är en postdoktorand i Omenettos laboratorium och en ledande medförfattare på tidningen tillsammans med tidigare Omenetto postdoktorand Sunghwan Kim, Ph.D., nu professor i Ajou, Korea.
Denna forskning bygger på tidigare arbete av Omenetto och hans medarbetare vid Tufts School of Engineering. Förr, de hade visat att siden kunde nanotillverkas, men dessa processer krävde att börja med andra material i nanostorlek. Detta är första gången som siden har tillverkats för att starta nanotillverkningskedjan.
