Savarankiškas surinkimas

Tyrėjai bando kurti prietaisus ir naujas medžiagas nanoskalėje (nanometras yra milijardoji metro dalis, kelių atomų dydis), jie susiduria su didžiuliu iššūkiu. Nors įrodyta, kad daugeliu atvejų įmanoma stumdyti molekules, kad susidarytų mažytės struktūros ir net veikiantys prietaisai, efektyvus masinis gaminių su nanoskalės ypatybėmis gamyba yra visai kitas dalykas. Bet kas būtų, jei milijonai šių nano statybinių blokų atliktų sunkų kėlimą ir susijungtų į norimas struktūras, išvengiant brangių ir sudėtingų gamybos priemonių?

Savarankiškas surinkimas tapo vienu iš šventųjų nanotechnologijų gralių, o daugelio laboratorijų mokslininkai stengiasi jį paversti veiksmingu nanoinžinerijos įrankiu. Tam tikra prasme savęs surinkimas nėra naujiena: biologija tai daro visą laiką. Ir dešimtmečius mokslininkai tyrinėjo supramolekulinę chemiją, sužinoję ne tik tai, kaip molekulės jungiasi viena su kita, bet ir kaip daug molekulių gali susijungti ir sudaryti struktūras; Tiesą sakant, savaiminio susibūrimo samprata iš esmės išaugo iš chemikų bandymų sukurti molekules, kurios spontaniškai agreguojasi į specifines konfigūracijas, lygiai taip pat, kaip biologinės molekulės sudaro sudėtingas ląstelių membranas.

Ši istorija buvo mūsų 2001 m. lapkričio mėnesio numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Tačiau dabar, plečiantis supratimui apie tai, kaip molekulės ir mažos dalelės sąveikauja viena su kita, mokslininkai gali pradėti prognozuoti, kaip tokie elementai gali savaime susiburti į didesnes naudingas struktūras, tokias kaip puslaidininkinio lusto tranzistoriai. Savarankiškas surinkimas yra labai bendras būdas gaminti konstrukcijas iš komponentų, kurių per mažos arba per daug, kad būtų galima tvarkyti robotiškai, sako George'as Whitesidesas, Harvardo universiteto chemikas ir šios srities pradininkas.

Siekdami geriau suprasti, kaip veikia savaiminis surinkimas, Whitesidesas ir jo bendradarbiai neseniai parodė, kad mikroskopinių aukso plokštelių paviršių selektyviai padengus lipnia organine plėvele, tinkamomis sąlygomis tūkstančiai tokių plokščių gali savaime susijungti į trimatę. struktūros. Iki šiol Whitesides komanda sukūrė gana didelę funkcinę elektroninę grandinę, naudodama panašią techniką. Kitas žingsnis apims grandinės susitraukimą iki mikrometro skalės, iš silicio sukuriant sudėtingesnes trimates struktūras. Nors mikrometro dydžio elektroniniai komponentai nėra jokia naujiena, „Intel“ juos gamina visą laiką, Whitesideso eksperimentai gali suteikti vertingų užuominų, kaip geriau manipuliuoti savarankišku surinkimu.

Pati gamta taip pat pateikia mokslininkams modelį, kaip sukurti savarankiškai surenkamus elektroninius prietaisus. Medžiagų mokslininkė Angela Belcher iš Teksaso universiteto Ostine surūšiavo milijardus skirtingų baltymų, kad surastų tokius, kurie atpažįsta ir jungiasi prie įvairių tipų neorganinių medžiagų. Pavyzdžiui, vienas baltymo galas gali prisijungti prie konkrečios metalo dalelės, o kitas galas gali prilipti prie puslaidininkio, pavyzdžiui, galio arsenido, paviršiaus. Atsižvelgiant į teisingus nurodymus, baltymai gali nukreipti nano dydžio neorganinių medžiagų daleles į įvairias struktūras.

Praėjusį pavasarį Belcher įkūrė bendrovę „Semzyme“, kuri planuoja sukurti šių baltymų sukeltų statybinių blokų biblioteką. Jie gali turėti daugybę technologinių pritaikymų gaminant tokius dalykus kaip biomedicininiai jutikliai, didelio tankio magnetiniai diskai ar mikroprocesoriai.

Chemikai laboratorijose, tokiose kaip Hewlett-Packard, Kalifornijos universitetas, Los Andželas, Jeilio universitetas ir Rice universitetas, taip pat bando sukurti savarankiškai surenkamus molekulinius kompiuterius. Tačiau jei jiems pasiseks, prireiks metų.

Tuo tarpu kiti mokslininkai, ne tokie ambicingi, sparčiai žengia žingsnius naudodami savarankišką surinkimą, kad sukurtų vis sudėtingesnes ir vis mažesnes trijų matmenų struktūras, kurios galėtų būti suderinamos su esamais įrenginiais. Pavyzdžiui, tam tikras disko įrenginio funkcijas, pvz., laikmeną, galima sukurti naudojant savaiminį surinkimą, o didesni komponentai, reikalingi įrenginiui prijungti prie išorinio pasaulio, būtų pagaminti naudojant įprastus metodus. Tikimės, kad savaiminis surinkimas galės nebrangiai pakeisti tam tikrus medžiagų ir prietaisų gamybos etapus, kai reikia kontroliuoti molekulinį lygmenį, sako inžinierius Christopheris Murray iš IBM tyrimų nanoskalės mokslo padalinio Yorktown Heights, NY.

Jei jis teisus, nano inžinerija taps daug lengvesnė.

paslėpti