A fabricação de baixo para cima de fios minúsculos pode ajudar a detectar o cancro e as outras doenças

A fabricação de baixo para cima pode guardarar a chave à produção de dispositivos médicos minúsculos capazes do teste para moléculas múltiplas como vírus ou marcadores do cancro, de acordo com uma equipe interdisciplinar de pesquisadores de Penn State.

“As microplaquetas diagnósticas podem ser feitas mais úteis montando, em lugar predeterminados na microplaqueta, um grande número nanowires pretreated fora da microplaqueta,” diz Rustom B. Bhiladvala, professor adjunto da pesquisa, engenharia elétrica. “Usando este método de baixo para cima novo, nosso grupo demonstrou que os milhares de únicos fios podem com sucesso ser alinhados e ancorado para formar disposições minúsculas do ressonador da placa de mergulho.”

O processo invertido tradicional começa com o silicone e cinzela dispositivos do nanoresonator do material. Esta aproximação trabalha bem e produz muitos dispositivos que são quase idênticos, mas o processo tem limitações. A adição de produto químico sonda ou outras mudanças nos materiais existentes devem ser feitas depois que os dispositivos são fabricados nas microplaquetas.

O método de baixo para cima, embora não produzindo dispositivos idênticos, é mais flexível. Na fabricação de baixo para cima, os pesquisadores fabricam nanowires fora da microplaqueta usando todo o material inorgánico ou orgânico que produza nanowires. Podem anexar moléculas da ponta de prova aos fios fora da microplaqueta, usá-las uma variedade de produtos químicos e pode anexar cada grupo de nanowires e de suas pontas de prova às microplaquetas nos números e nos lugar desejados.

“Nós podemos conseguir rendimentos altos da integração do dispositivo, mas os dispositivos não são tão uniformes quanto dispositivos manufacturados invertidos,” diz Theresa S. Mayer, professor da engenharia elétrica. “Contudo, nós podemos alcançar os materiais que não são fáceis de integrar nos dispositivos com métodos invertidos. Nós podemos igualmente integrar a fora-microplaqueta tratada fios com as moléculas totalmente diferentes da ponta de prova que são anexadas aos fios usando a circunstância aperfeiçoada para essa molécula.”

Os pesquisadores descreveram seu método de baixo para cima usando a fabricação de uma disposição do ressonador na introdução actual da nanotecnologia da natureza. Fabricaram estas microplaquetas do prova--conceito com os nanowires feitos do silicone do único cristal ou do ródio policristalino anexado em uma extremidade e suspendido sobre uma depressão. Este tipo de dispositivo pode detectar moléculas do alvo quando ligam às moléculas da ponta de prova nos nanowires e mudam a vibração do fio.

Para criar os ressonadores de baixo para cima da placa de mergulho, os pesquisadores usaram uma camada de fotoresistente - um material sensível à luz que, quando expor à luz, pudesse então facilmente ser removido quimicamente - para criar uma disposição de poços retangulares minúsculos na microplaqueta. Estes poços foram alinhados acima de um eléctrodo isolado na superfície da microplaqueta. Uma solução de nanowires, com as pontas de prova já anexadas, fluxos sobre a superfície da microplaqueta quando os eléctrodos produzirem um campo elétrico. O campo elétrico agarra os nanowires e puxa-os para a superfície onde alinham a perpendicular ao eléctrodo. Os nanowires alinhados patinam ao longo dos eléctrodos e quando alcançam bem, deixam cair para baixo nele.

Uma vez que um fio está no bem, esse fio repele outros fios permitindo, geralmente, somente um fio pelo poço. O número de fios na solução é controlado segundo o número de poços tão somente que alguns fios permanecem na microplaqueta fora dos poços.

“Um dos desafios os mais grandes do conjunto do auto é se nós podemos controlar onde os fios vão controlar os defeitos,” dizemos Mayer, director adjunto do instituto de investigação material de Penn State e director do local de Penn State da rede nacional da infra-estrutura da nanotecnologia do National Science Foundation. “Este método novo permite a integração dos nanowires com rendimento alto.”

No caso dos ressonadores, uma vez que os fios estão nas depressões, os pesquisadores comutam a uma aproximação invertido, colocando uma camada de um fotoresistente diferente sobre a microplaqueta e removendo um cubo pequeno do fotoresistente em torno da ponta onde a âncora do fio será construída. O metal do electro-depósito dos pesquisadores então nos furos quadrados minúsculos, ancorando o nanowire no lugar. Dissolvem o fotoresistente, saindo do nanowire suspendido e ao mesmo tempo removendo os nanowires que não o fizeram em poços.

Escolhendo a profundidade boa e a espessura da camada de fotoresistente original, os pesquisadores podem ajustar a altura do ressonador acima da superfície da microplaqueta. Um benefício adicionado da fabricação de baixo para cima é que os nanowires com suas moléculas da ponta de prova retêm sua funcionalidade após a integração. Os pesquisadores igualmente mostraram que, depois que as disposições da microplaqueta do ressonador foram fabricadas, as moléculas do alvo ligaram selectivamente somente 2 aqueles nanowires tratados com as moléculas correctas da ponta de prova.

Os pesquisadores testaram muito nanoresonators do silicone e do ródio medindo sua vibração no vácuo alto e encontraram que as âncoras galvanizadas eram uniformes, não muito longe de rígido e não mostraram perdas de alta energia. Igualmente encontraram que ambos os tipos de fios mostram os efeitos insignificantes do ar que umedecem nas pressões tão altas quanto aproximadamente umas milésimas de uma atmosfera, que pudesse ser alcançada usando bombas de vácuo pequenas e baratas. Mostraram que as dimensões do nanowire e as propriedades materiais afectam a perda devido ao ar que umedece em uma atmosfera. A qualidade da resposta neste vácuo modesto é tal que estes ressonadores são candidatos fortes para esquemas ressonância-baseados sensíveis da detecção.

“A fabricação de baixo para cima é uma aproximação nanomanufacturing inteiramente nova e nós precisamos de criar os dispositivos que têm as propriedades que combinam o que nós podemos agora fazer usando a fabricação invertido,” dizem Mayer. “Nossa visão é fazer grandes disposições de dispositivos nano do tamanho com pontas de prova múltiplas para alvos múltiplos colocando grupos diferentes de nanowires functionalized sequencialmente em microplaquetas.”