Новая технология, сжимающая объекты до наноразмеров

Новая технология, сжимающая объекты до наноразмеров

Исследователи из Массачусетского технологического института, США, придумали способ создания наноразмерных структур путем сжимания существующих объектов в 1000 раз по сравнению с их первоначальным объемом.

Создание нанообъектов, меньше ширины человеческого волоса – очень сложный процесс. Существующие технологии используют лазерное травление, но большинство из них работают только на двухмерных поверхностях, являются очень медленными и подвержены ошибкам. Кроме того, существуют большие ограничения относительно выбора материалов, которые можно использовать.

Исследовательская группа во главе с профессором Эдвардом Бойденом нашла креативное решение. Вместо тщательного создания новой структуры с нуля, исследователи взяли существующие структуры и сократили их до желаемого размера.

Технология основана на экспансионной (расширительной) микроскопии, – технике, используемой для подготовки биологических образцов, которая позволяет идентифицировать небольшие структуры, расширяя их с помощью полимеров. (Идея состоит в том, чтобы ввести полимерную сеть в образцы клеток или тканей, а затем физически ее расширить, используя химические реакции для увеличения размера биоструктур. Прим.ред.) Это позволяет получать изображения высокого разрешения с помощью обычного микроскопа. Когда процесс запускается в обратном направлении, относительно крупные объекты могут быть уменьшены до одной тысячной своего первоначального размера.

Процесс изготовления нанообъекта начинается с создания каркаса из полиакрилата, который пропитывается раствором, содержащим определенные молекулы, прикрепляющиеся к каркасу при активации лазерным лучом. Молекулы флуоресцеина с высокой степенью точности можно прикрепить к нужным точкам структуры.

“Это немного похоже на фотосъемку”, – сказал в своем заявлении соавтор Дэниел Оран, аспирант Массачусетского технологического института. “Скрытое изображение формируется под воздействием света на светочувствительный материал в геле. Затем можно превратить это скрытое изображение в реальное, добавив в него другой материал – серебро. Таким образом, с использованием этой технологии могут быть созданы всевозможные структуры, включая градиентные, несвязанные и многокомпонентные структуры”.

После этого, объект помещается в кислоту, которая блокирует отрицательные заряды в полиакрилате, вызывая сжатие всей структуры.

Изображение иллюстрирует сложную структуру до усадки. (Предоставлено: Daniel Oran, MIT)

Основным ограничением такого подхода является компромисс между размером и разрешением. Например, объект размером 1 кубический миллиметр можно сжать до 50 нанометров, тогда как объект размером 1 кубический сантиметр – до 500 нанометров. Но даже в этом случае потенциальные применения метода многочисленны – от оптики до медицины и робототехники.

Исследование описано в журнале Science.

Источник: zmescience.com