Warning: Undefined array key "bio" in /home/techwatch/domains/test.bits-chips.nl/public_html/wp-content/plugins/wpcodebox2/src/Runner/QueryRunner.php(126) : eval()'d code on line 13
Author:
Reading time: 4 minutes
Mesa+-onderzoekers denken dat het combineren van lithografie en zelfassemblage van moleculen kan leiden tot nanostructuren voor uiteenlopende doelen zoals biosensoren en fotonische kristallen. Promovendus Pascale Maury onderzocht of imprintlithografie te gebruiken is in combinatie met zelfassemblerende molecuullagen en vond dat het geschikt is voor patroonvorming met deeltjes uiteenlopend van nanopartikels tot eiwitten.
Het maken van nanostructuren kan via een top-down- of een bottom-up-benadering. De top-down-insteek brengt een patroon aan in een bestaand materiaal. Chipfabricage via het afbeelden van een patroon op een siliciumplak is hier een goed voorbeeld van. Bij een bottom-up-benadering rangschikken deeltjes of moleculen zichzelf in het gewenste patroon. Dit is meer het domein van de biologie en chemie.
De Franse promovenda Pascale Maury deed aan de Universiteit Twente vier jaar lang onderzoek aan het combineren van de twee benaderingen. Daarbij legt het top-down-proces het patroon waarbinnen de bottom-up-ordening zijn werk kan doen. De onderzoeksgroep Molecular Nanofabrication bij Mesa+ denkt dat er op die manier complexe structuren te verkrijgen zijn voor More than Moore-toepassingen zoals biologische sensoren en fotonische kristallen.
Maury gebruikt nano-imprintlithografie voor het aanbrengen van structuren in een siliciumoxidesubstraat. ’Dat is een methode met hoge resolutie en snelle doorvoer‘, zegt Maury. ’Als bottom-up-techniek gebruikten we zelfassemblerende monolagen.‘ Dit zijn lagen van een stof met de dikte van een molecuul. Deze zijn vervolgens weer te gebruiken als ankerpunt voor andere materialen. ’We begonnen met moleculen en nanodeeltjes en uiteindelijk kwamen we uit bij eiwitten‘, vertelt Maury.
Oplosmiddel
Het aanleggen van een monolaag gaat door het substraat bloot te stellen aan een gas of oplossing van de stof die de laag moet vormen. De twee materialen binden via vanderwaalskrachten aan elkaar, waardoor er een laagje van een molecuul dik op het substraat ontstaat. Hierna is het overschot eenvoudig weg te spoelen.
Het patroon dat de nano-imprinter maakt, is op twee manieren te gebruiken. De ene is als een structurele begrenzing voor het vormen van de monolaag. De nano-imprinter maakt zijn afdruk hiervoor in een laagje kunststof dat op de siliciumplak ligt. Het gebruikte materiaal voor de monolagen, siliciumwaterstofverbindingen, bindt alleen aan het siliciumoxide oftewel waar de nano-imprinter het kunststof heeft weggedrukt. Na het vormen van de molecuullaag is het plastic met een oplosmiddel weg te halen, waardoor er alleen een patroon van de monolaag achterblijft.
De andere aanpak is om direct een patroon van verschillende molecuullagen aan te brengen. Hierdoor ontstaan er over de oppervlakte delen met een verschillende eigenschappen zoals elektrische lading of affiniteit voor specifieke stoffen. Het voordeel is dat het kunststofmasker niet verwijderd hoeft te worden, zodat er geen oplosmiddel bij komt kijken. Er is echter een grotere kans op niet-specifieke bindingen, omdat het substraat niet fysiek wordt afgeschermd.
Maury liet zien dat het met deze benaderingen mogelijk is nanopartikels op een geordende manier te rangschikken op het substraat. Deze zijn op hun beurt weer te gebruiken als schaduwmaskers voor vervolgstappen zoals metaaldepositie. Ze gebruikte ook andere materialen om de molecuullagen uit op te bouwen. Daarmee is het mogelijk om uiteenlopende deeltjes te binden via supramoleculaire interacties. ’Die krachten zijn precies gekarakteriseerd en je kunt ze weer verbreken. Daardoor is het mogelijk om een eiwitchip te maken die je meerdere keren kunt gebruiken‘, zegt Maury. Ze toonde dit ook aan met verschillende fluorescent gelabelde deeltjes.
Telecommunicatie
Door het binden van eiwitten of andere biologische actieve stoffen is het mogelijk om zeer kleine biosensoren te maken. ’Normaal zit je op de schaal van millimeters of honderden micrometers, wij halen een veel hogere resolutie‘, zegt Maury. ’Dan heb je maar heel weinig van het materiaal nodig dat je wil testen.‘ Dat kan een groot voordeel zijn, want soms is dat erg kostbaar of is er zeer weinig monster beschikbaar.‘ Een andere mogelijke toepassing zijn fotonische kristallen. Dit zijn structuren die licht door hun ruimtelijke schikking op nanoschaal manipuleren. Op dit moment zijn dergelijke kristallen lastig te maken, maar ze hebben potentie voor een aantal belangrijke toepassingen in bijvoorbeeld de opto-elektronica of telecommunicatie.
Maury kwam in Twente terecht nadat ze aan de Universiteit van Wuppertal onderzoek had gedaan aan fotonische kristallen. ’Het idee om te werken op het grensvlak van verschillende disciplines trok mij erg aan en de cleanroom in Twente staat internationaal bekend‘, zegt Maury. Ze werkt ondertussen voor ASML bij de afdeling Special Applications die zich richt op het vinden van specifieke oplossingen voor klanten.
