211service.com
Leiskite gamtai būti architektu
Įkvėpta sudėtingo mikroorganizmų formuojamų formų grožio ir tų organizmų gebėjimo greitai daugintis, Gruzijoje įsikūrusi tyrėjų grupė galėjo rasti veiksmingą būdą sukurti nanoskalės dalis naujos kartos elektronikai.
Chemijos inžinierius Kennethas Sandhage'as iš Džordžijos technologijos instituto ir biologų, genetikų ir elektronikos inžinierių komanda paskelbė išsamią informaciją apie naują procesą, skirtą diatomų, tam tikros rūšies vienaląsčių dumblių, silicio dioksido griaučiams paversti sintetinėmis kopijomis. pagamintas iš medžiagų, tokių kaip titano dioksidas, kuris praleidžia elektrą ir gali būti naudojamas elektroniniuose prietaisuose.
Naujieji metodai išnaudoja diatomo gebėjimą daugintis ir gali būti naudojami masinei sudėtingų trimačių struktūrų gamybai.
Puikus darbas – apibūdinimą taikė Karlas Berggrenas, vadovas Kvantinės nanostruktūros ir nanogamybos grupė MIT, kuris tyrime nedalyvavo. Tai nauja koncepcija, skirta tam tikroms didelėms nanogamybos problemoms spręsti.
Sandhage'as sako, kad idėja kilo po to, kai sėdėjo šalia jūrų biologo kelionėje autobusu. Ji parodė jam įmantrias, kalėdinius papuošalus primenančias struktūras, pagamintas iš diatomų. Sandhage nusprendė pabandyti auginti organizmus kaip galimų nanoįrenginių šablonus.
Ši dalis yra paprasta, nes diatomės dauginasi dalijantis ląstelėms ir sukuria dvi tikslias jų silicio dioksido apvalkalo kopijas. Po 40 kartų viena diatomė padaugės į trilijoną kopijų.
Tada Sandhage taiko keletą metodų, kad padengtų diatomito lukštus metalinėmis medžiagomis arba visiškai jas pakeistų. Jis naudoja tokias medžiagas kaip titano dioksidas (taip pat žinomas kaip titanas), kurios yra geresni laidininkai ir gali atlaikyti šiluminį įtempį – dvi svarbias elektronikoje naudojamų medžiagų savybes.
Gautos struktūros turi ypatybes, išmatuotas dešimtimis nanometrų, panašias į mažiausias lustų, šiandien gaminamų naudojant įprastus fotolitografijos metodus, savybes. Skirtumas: naudojant Sandhage metodą, sudėtingos trimatės figūros gali būti sukurtos daug greičiau.
Tai svarbu, nes trimatis lustų dizainas galėtų padėti lustų gamintojams ir toliau tiekti galingesnius mikroprocesorius tokiu tempu, kaip nustatyta Moore'o įstatyme, kuriame teigiama, kad tranzistorių, telpančių į lustą, skaičius padvigubėja maždaug kas dvejus metus.
Įprasta fotolitografija gali būti naudojama trimatėms struktūroms kurti pridedant ir ėsdinant po vieną silicio sluoksnį, tačiau tai yra varginantis lėtas procesas, sako Berggrenas.
Nurodydamas vaizdą, paskelbtą Sandhage straipsnyje, kuris pasirodė Tarptautinis taikomosios keramikos technologijos žurnalas – Berggrenas sako: „Nežinau, kad galėtume sukurti šią struktūrą be jų kuriamų technologijų.
„Sandhage“ projektas nėra pirmas kartas, kai mokslininkai naudoja organinius šablonus nanoskalės prietaisams ir medžiagoms gaminti. Angela Belcher, MIT Medžiagų mokslo ir inžinerijos katedros profesorė, naudojo virusinius baltymus įvairioms medžiagoms surinkti, o startuolis, vadinamas Cambrios siekia savo darbo komercinių pritaikymų.
Belcherio laboratorijos magistrantas Danielis Solisas dirba su virusais, kurie gali prisitvirtinti prie aukso elektrodų ir apsivilkti puslaidininkine medžiaga; galiausiai jis tikisi panaudoti virusus veikiančių tranzistorių gamybai.
Diatomai galėtų būti šablonai daugeliui kitų struktūrų tipų, bet kokie tiksliai tipai dar nėra aiškūs. Sandhage'as tikisi, kad šimtai tūkstančių unikalių formų diatomų pavyzdžių gamtoje įkvėps inžinierius apsvarstyti naujas procesorių ir atminties lustų dizaino galimybes.
Sandhage'o kolegos jau mokosi, kaip diatomų genai lemia jų formą, tikėdamiesi, kad inžinieriai galės sukurti diatomus pagal savo specifikacijas.
Vienos diatominės rūšies genomas buvo visiškai sekvenuotas, o kitos jau ruošiamasi. Markas Hildebrandas, molekulinis biologas iš Scripps okeanografijos instituto ir bendradarbiaujantis su Sandhage, mano, kad natūralių diatomų formų įvairovė rodo, nors ir prieštarauja intuityviai, kad yra tik keli pagrindiniai genai, valdantys šias formas.
Jis sako, kad jei yra tik keli pagrindiniai genai, reikėtų palyginti nedaug mutacijų, kad susidarytų didžiulė esamų formų įvairovė. Hildebrandas tikisi, kad šių genų identifikavimas ir manipuliavimas genais bei aplinka, kurioje auga diatomai, leis mokslininkams sukurti naujas struktūras.
Tokia viltis remiasi Joanna Aizenberg iš Lucent Technologies, pagaminusi mažyčius lęšius, įkvėptus kempinių struktūros.
Gebėjimas suprasti genetiką – kaip diatomės sukuria įvairias formas – gali suteikti mums būdą, kaip sukurti nenatūralias formas naudojant jų genetinius kodus, sako Aizenbergas.
Sandhage'as perspėja, kad diatomų projektavimas ir jų sutvarkymas į naudingas elektroninių prietaisų struktūras nėra nereikšmingas iššūkis. Aizenbergas ir Berggrenas teigia sutinkantys, tačiau abu yra santūriai nusiteikę optimistiškai.
Gali būti ribos, kaip savavališkai jie gali juos sukurti, sako Berggrenas. [Bet] manau, kad jie sugebės sukonstruoti šias diatomes, kad sukurtų įvairias struktūras.
Tuo tarpu Sandhage jau sukūrė keletą savo naujų struktūrų naudojimo būdų, įskaitant medžiagų, kurios katalizuoja chemines reakcijas, naudojimą kaip diatomų dangą. Dėl didelio paviršiaus ploto ir tūrio santykio diatominėse struktūrose jie tampa idealiais katalizatoriais, kai laisvai plūduriuoja tirpale, sako Sandhage.
Pesticidams naikinti jis panaudojo katalizatoriumi padengtas diatomas – techniką, kuri galiausiai gali būti panaudota siekiant užkirsti kelią pavojingų cheminių medžiagų nutekėjimui į upelius ir požeminį vandenį. Jis taip pat yra sukūręs fotoliuminescencines struktūras, padengdamas diatomus medžiagomis, kurios šviečia tam tikruose šviesos bangos ilgiuose. Struktūros vieną dieną galėtų būti naudojamos kompiuterių ekranuose.