2D-DNI nanovoidmönster. Kredit:University of Michigan
Forskare vid University of Michigan och Seoul National University of Science and Technology har utarbetat en ny metod för att tillverka enheter som kräver exakt storlek och positionerade mikro- och nanoskala partiklar. Tekniken är lämplig för ett brett spektrum av montering av objekt i mikro- och nanoskala, och användbar för elektroniska enheter och biologiska applikationer.
"Det är väldigt svårt att reglera saker i mikroskopisk och nanoskala. Man vill att partiklarna ska sitta där, och det kommer de inte att göra", säger Jay Guo, projektledare och professor i elektroteknik och datavetenskap. "Vi hittade ett sätt att sortera och lokalisera stora mängder partiklar, och vi kan göra det på ett mycket skalbart sätt."
Med denna förmåga skulle ingenjörer kunna tillverka och montera fotoniska kristaller, filtreringsanordningar och biologiska analyser på ett mer effektivt sätt, skapa känsligare avkänningsanordningar och mycket mer.
Guo har arbetat inom området nanotillverkning i decennier, och började med sitt arbete med roll-to-roll nanoimprint litografi. Han bytte till den nuvarande metoden för nanomönster som endast förlitade sig på en skivad kiselskiva på grund av dess relativa enkelhet och hastighet.
Den nya metoden lägger till en elektrisk laddning, vilket verkar göra hela skillnaden.
Skapa den mikrofluidiska enheten
Målet med denna forskning var att sluta med ett lager av ordnade och lika stora mikro- eller nanopartiklar som kunde integreras i en enhet med högdensitetsmatriser. Nuvarande metoder för att göra detta tenderar att vara tråkiga samtidigt som de kräver komplicerade strukturer. Eller så är de bäst lämpade för partiklar som är 10s till 100s mikrometer, vilket gör separationen och sorteringen av submikrometerpartiklar en ihållande utmaning.
Guo och hans internationella team av forskare, inklusive den tidigare studenten Prof. Jong G. Ok, satte ihop en mikrofluidisk enhet som uppnådde sina önskade mål med hjälp av en metod som också är skalbar och relativt låg kostnad. Oks team har fortsatt att driva inskrivningstekniken vid hans institut i Korea.
Hjärtat i enheten är ett specialdesignat substrat som fångar upp partiklar av en viss storlek i ett ordnat arrangemang. För att göra detta skapade forskarna först fördjupningar, i form av nanovoider, i ett polykarbonatsubstrat genom en mönsterteknik som kallas dynamisk nanoinscribing (DNI). De resulterande nanovoiderna var alla av samma storlek.
Substratet beläggs sedan med Al2O3 och ges en positiv laddning efter att ha nedsänkts i en saltlösning.
Figur 1. Den mikrofluidiska enheten innehåller en fluidisk cellkammare som består av två genomskinliga objektglas, åtskilda av ett poly(dimetylsiloxan)-block med en slitskanal. Det oxidbelagda nanovoidmönstret är monterat på botten i fluidcellkammaren och de fluorescerande märkta partiklarna injiceras under det fluorescerande mikroskopet. Kredit:University of Michigan
Figur 1 visar testuppställningen, som gör att vätskepartiklar av submikronstorlek kan komma in i systemet och strömma över substratet innan de lämnas. Dessa partiklar är negativt laddade för att öka sin attraktion till de positivt laddade nanovoiderna i substratet. De fick också fluorescerande etiketter för enkel upptäckt.
Det kan förväntas att de flesta av partiklarna helt enkelt skulle falla till botten av vätskan och vila på substratet, men det var inte vad som hände.
Istället vilade bara de av en viss storlek i nanovoiderna. Tre distinkta storlekar av partiklar injicerades i systemet:200 nm, 500 nm och 1 000 nm (eller 1 + Utforska vidare
