Bottom-up produksjon kan holde nøkkelen til produksjon av bittesmå medisinsk utstyr som kan teste for flere molekyler som virus eller kreft markører, ifølge et tverrfaglig team av Penn State forskere.
"Diagnostic chips kan gjøres mer nyttig ved montering, på forhåndsbestemte steder på brikken, et stort antall nanotråder forbehandlet off chip", sier Rustom B. Bhiladvala, vitenskapelig assistent professor, elektroteknikk. "Ved hjelp av denne nye bottom-up metoden, har vår gruppe vist at tusenvis av single ledninger kan være vellykket justert og forankret til å danne små stupebrett resonator arrays".
Den tradisjonelle top-down prosess begynner med silisium og tegner nanoresonator enheter fra materialet. Denne tilnærmingen fungerer godt og produserer mange enheter som er nesten identiske, men prosessen har begrensninger. Tilsetning av kjemiske prober eller andre endringer i eksisterende materialer må gjøres etter at enhetene er fabrikkert på chips.
The bottom-up metoden, men ikke produsere identiske enheter, er mer fleksibelt. I bottom-up fabrikasjon, forskere produserer nanotråder av chip bruke noen uorganisk eller organisk materiale som vil produsere nanotråder. De kan feste probe molekyler til ledningene av chip, ved hjelp av en rekke kjemikalier, og de kan feste hver gruppe av nanotråder og deres sonder til chips i tallene og på de stedene som ønsket.
"Vi kan oppnå høy enhet integrasjon gir, men enhetene er ikke så ensartet som top-down produserte enheter," sier Theresa S. Mayer, professor i elektroteknikk. "Men vi kan få tilgang til materiale som ikke er lett å integrere i enhetene med top-down metoder. Vi kan også integrere ledninger behandlet off-chip med helt annen sonde molekyler som er koblet til ledningene med betingelse optimalisert for at molekylet."
Forskerne beskrev deres bottom-up metoden med fabrikasjon av en resonator array i dagens utgave av Nature nanoteknologi. De fabrikkerte disse proof-of-concept chips med nanotråder laget av én krystall silisium eller polycrystalline rhodium festet i den ene enden og suspendert over en depresjon. Denne typen enheter kan oppdage målrette molekyler når de binder seg til sonden molekyler på nanotråder og endre trådens vibrasjon.
For å opprette bottom-up stupebrett resonatorer, brukte forskerne et lag av fotoresist - et lys-sensitivt materiale som, når de utsettes for lys, kan da enkelt fjernes kjemisk - å skape en rekke små rektangulære brønner på chip. Disse brønnene ble justert over en isolert elektrode på chip overflaten. En løsning av nanotråder, med sonder allerede er festet, flyter over chip overflaten mens elektrodene produsere et elektrisk felt. Det elektriske feltet griper nanotråder og trekker dem til overflaten hvor de justeres vinkelrett på elektroden. Den innrettet nanotråder skate langs elektroder og når de når en brønn, slippe nedi.
Når en wire er i en brønn, frastøter at ledning andre ledningene slik, for det meste, bare en ledning per brønn. Antallet ledninger i løsningen styres avhengig av antall brønner slik at bare noen få ledninger forbli på chip utenfor brønnene.
"En av de største utfordringene ved Flatpakket er om vi kan kontrollere hvor ledningene går og kontrollere mangler," sier Mayer, knytte direktør for Penn State er Material Research Institute og direktør for Penn State nettsted av National Science Foundation National Nanoteknologi Infrastructure Network . "Denne nye metoden gjør det mulig integrering av nanotråder med høy kapasitet."