La fabricación ascendente de alambres minúsculos puede ayudar a descubrir el cáncer y otras enfermedades

La fabricación ascendente puede llevar a cabo la llave a la producción de aparatos médicos minúsculos capaces de la prueba para las moléculas múltiples como virus o marcadores del cáncer, según personas interdisciplinarias de los investigadores del Estado de Penn.

Las “virutas diagnósticas se pueden hacer más útiles montando, en las situaciones predeterminadas en la viruta, un gran número de nanowires pretratados de viruta,” dice Rustom B. Bhiladvala, profesor adjunto de la investigación, ingeniería eléctrica. “Usando este nuevo método ascendente, nuestro grupo ha demostrado que los millares de únicos alambres se pueden alinear y anclar con éxito para formar matrices minúsculas del resonador de la tabla de salto.”

El proceso de arriba hacia abajo tradicional comienza con silicio y talla los dispositivos del nanoresonator del material. Esta aproximación trabaja bien y produce muchos dispositivos que sean casi idénticos, pero el proceso tiene limitaciones. La adición de la substancia química sonda u otros cambios en los materiales existentes deben ser hechos después de que los dispositivos se fabriquen en las virutas.

El método ascendente, aunque no produzca los dispositivos idénticos, es más flexible. En la fabricación ascendente, los investigadores fabrican nanowires de viruta usando cualquier material inorgánico u orgánico que produzca nanowires. Pueden sujetar las moléculas de la antena a los alambres de viruta, usando una variedad de substancias químicas y de ellas puede sujetar cada grupo de nanowires y de sus antenas a las virutas en los números y en las situaciones deseadas.

“Podemos lograr altos rendimientos de la integración del dispositivo, pero los dispositivos no son tan uniformes como los dispositivos manufacturados de arriba hacia abajo,” dice a Teresa S. Mayer, profesor de la ingeniería eléctrica. “Sin embargo, podemos llegar hasta los materiales que no son fáciles de integrar en los dispositivos con métodos de arriba hacia abajo. Podemos también integrar los alambres tratamos fuera de chip con moléculas totalmente diversas de la antena que se sujeten a los alambres usando la condición optimizada para esa molécula.”

Los investigadores describieron su método ascendente usando la fabricación de un arsenal del resonador en la aplicación actual la nanotecnología de la naturaleza. Fabricaron estas virutas del prueba-de-concepto con los nanowires hechos del silicio del único cristal o del rodio policristalino sujetado en un extremo y suspendido sobre una depresión. Este tipo de dispositivo puede descubrir las moléculas del objetivo cuando atan a las moléculas de la antena en los nanowires y cambian la vibración del alambre.

Para crear los resonadores ascendentes de la tabla de salto, los investigadores utilizaron una capa de fotoprotección - un material sensible a la luz que, cuando está expuesto a la luz, se puede entonces quitar fácilmente químicamente - para crear un arsenal de pozos rectangulares minúsculos en la viruta. Estos pozos fueron alineados encima de un electrodo aislado en la superficie de la viruta. Una solución de nanowires, con las antenas sujetadas ya, fluye sobre la superficie de la viruta mientras que los electrodos producen un campo eléctrico. El campo eléctrico ase los nanowires y tira de ellos a la superficie donde alinean la perpendicular con el electrodo. Los nanowires alineados patinan a lo largo de los electrodos y cuando alcanzan bien, caen hacia abajo en él.

Una vez que un alambre está en bien, ese alambre repele otros alambres permitiendo, en general, solamente un alambre por pozo. El número de alambres en la solución es controlado dependiendo del número de pozos tan solamente que algunos alambres permanecen en la viruta fuera de los pozos.

“Uno de los retos más grandes del montaje del uno mismo es si podemos controlar donde los alambres van controlar los defectos,” decimos a Mayer, director adjunto del instituto de la investigación material del Estado de Penn y director del sitio del Estado de Penn de la red nacional de la infraestructura de la nanotecnología del National Science Foundation. “Este nuevo método permite la integración de los nanowires con el alto rendimiento.”

En el caso de los resonadores, una vez que los alambres están en las depresiones, los investigadores cambian a una aproximación de arriba hacia abajo, colocando una capa de una diversa fotoprotección encima de la viruta y quitando un pequeño cubo de la fotoprotección alrededor del extremo donde el ancla del alambre será construida. El metal del electro-depósito de los investigadores entonces en las perforaciones rectangulares minúsculas, anclando el nanowire en el lugar. Disuelven la fotoprotección, saliendo del nanowire suspendido y al mismo tiempo quitando los nanowires que no lo hicieron en pozos.

Eligiendo la profundidad bien y el espesor de la capa de fotoprotección original, los investigadores pueden ajustar la altura del resonador encima de la superficie de la viruta. Una ventaja adicional de la fabricación ascendente es que los nanowires con sus moléculas de la antena conservan sus funciones después de la integración. Los investigadores también mostraron que, después de que las matrices de la viruta del resonador fueran fabricadas, las moléculas del objetivo ataron selectivamente solamente a esos nanowires tratados con las moléculas correctas de la antena.

Los investigadores probaron mucho nanoresonators del silicio y del rodio midiendo su vibración en el alto vacío y encontraron que las anclas electrochapadas eran uniformes, no demasiado lejos de rígido y no mostraron pérdidas de alta energía. También encontraron que ambos tipos de alambres muestran los efectos insignificantes del aire que amortiguan en las presiones tan altas como alrededor de milésimas de una atmósfera, que se puede alcanzar usando las bombas de vacío pequeñas y baratas. Mostraron que las dimensiones del nanowire y las propiedades materiales afectan a la baja debido al aire que amortigua en una atmósfera. La calidad de la reacción en este vacío modesto es tal que estos resonadores son candidatos fuertes a esquemas resonancia-basados sensibles de la detección.

La “fabricación ascendente es totalmente una nueva aproximación nanomanufacturing y necesitamos crear los dispositivos que tienen propiedades que igualen lo que podemos ahora hacer usando la fabricación de arriba hacia abajo,” digan a Mayer. “Nuestra visión es hacer matrices grandes de los dispositivos nanos de la talla con las antenas múltiples para los objetivos múltiples poniendo diversos grupos de nanowires functionalized secuencialmente en virutas.”