Un raccourci vers les nanostructures de conception

Une nouvelle méthode de nanolithographie pourrait réduire les coûts de fabrication de puces informatiques expérimentales pour la recherche en électronique et de matrices de biomolécules pour la biologie cellulaire. Le procédé permet de déposer de fins motifs de matériaux, ou de les découper, à l'aide de larges réseaux de stylos en silicium posés sur des ressorts ; il combine la capacité de modéliser des conceptions arbitraires qui ont des caractéristiques à l'échelle nanométrique avec la capacité de travailler rapidement et sur des zones relativement grandes.

Conception de nanopoints : Les points composant cette image, qui montre la pyramide d'un billet d'un dollar américain, sont distants de 150 nanomètres. Une matrice de ces images pyramidales, mesurant 30 par 33 micromètres chacune, a été réalisée sur un film d'or à l'aide d'une nouvelle méthode de nanolithographie.

Les méthodes les plus courantes pour fabriquer des nanostructures personnalisées sont la lithographie au crayon, qui consiste à déposer des molécules à l'aide de la pointe d'un microscope à force atomique, et la lithographie par faisceau d'électrons, qui consiste à les découper avec des faisceaux d'électrons. Les deux méthodes permettent aux chercheurs de réaliser de nouvelles conceptions avec des caractéristiques nanoscopiques, mais elles sont incroyablement longues et coûteuses.

Au cours de la dernière décennie, Tchad Mirkin , professeur de chimie à la Northwestern University, a travaillé sur des moyens de réduire les coûts et le temps nécessaires à la fabrication à l'échelle nanométrique. Mirkin a inventé la lithographie au crayon en 1999 ; en 2008, il a développé une approche plus pratique en utilisant des stylos en polymère au lieu de pointes de microscope. Les stylos sont moins chers que les pointes de microscope, plus faciles à utiliser et fonctionnent sur de plus grandes surfaces. Ces matrices de stylos peuvent être pulvérisées avec différentes encres moléculaires sur leurs pointes, puis fixées au bras mobile d'un microscope à sonde à balayage pour tracer des dessins. Les matrices de stylos polymères ne sont cependant pas très efficaces pour modéliser des caractéristiques à l'échelle nanométrique, car la pointe du stylo est douce. Vous ne pouvez aller que si petit, dit Mirkin.

Maintenant, Mirkin a développé une baie qui fonctionne de manière similaire mais peut créer des fonctionnalités beaucoup plus petites. Lorsqu'elles sont poussées sur une surface à l'aide d'un microscope à sonde à balayage, les nouvelles matrices, constituées de pointes en silicium dur attachées à un support en polymère élastique, peuvent soit déposer des molécules pour fabriquer des nanostructures, soit agir comme de minuscules ciseaux électriques, découpant le matériau. C'est cette combinaison de la pointe dure et fine en silicium avec l'élasticité permise par la couche de polymère sous-jacente qui permet une résolution plus élevée. Mirkin appelle la méthode lithographie à pointe dure et à ressort mou.

Cette semaine dans le journal La nature , Mirkin rapporte qu'il utilise cette méthode pour créer des motifs avec des caractéristiques inférieures à 50 nanomètres. Lors d'une démonstration, les chercheurs ont utilisé les matrices pour découper des répliques de 30 micromètres sur 30 micromètres de la pyramide sur le billet d'un dollar américain sur des films d'or. L'impression d'une zone d'un centimètre carré de ces pyramides a pris environ 200 minutes. Ils ont également imprimé des motifs à l'aide de biomolécules et de matériaux électriques.

Cette avancée a de bonnes chances de faire passer la lithographie par sonde à balayage d'une [utilisation] académique à un outil de production et de prototypage important largement utilisé dans les industries des semi-conducteurs et de la biotechnologie, selon Joseph De Simone , professeur de chimie à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill.

Une application probable de la technique de lithographie est la production d'un petit nombre de puces informatiques spécialisées, explique DeSimone. Il existe une demande croissante de petits lots de puces pour tester de nouvelles conceptions de circuits, ainsi que de puces spécialisées pour des applications de niche, en particulier dans l'armée. Faire une nouvelle puce nécessite de fabriquer un nouveau masque qui est l'équivalent d'un négatif photographique utilisé pour modeler les circuits sur une plaquette. Il existe un énorme besoin non satisfait de fabriquer des puces en utilisant des approches sans masque, explique DeSimone.

À court terme, dit Mirkin, les biologistes cellulaires trouveront probablement des applications pour la technique dans leurs laboratoires. La technique pourrait les aider à comprendre comment les interactions cellulaires à l'échelle nanométrique contrôlent la différenciation des cellules souches et la propagation du cancer dans tout le corps, dit-il. En utilisant cette approche, de grands réseaux pourraient être recouverts de centaines de milliers de cellules pour obtenir des informations statistiquement significatives sur la façon dont ils réagissent à ces signaux chimiques à motif spatial.

Milan Mrksich , professeur de chimie à l'Université de Chicago, affirme que la nouvelle technique de lithographie de Mirkin pourrait ouvrir de tout nouveaux domaines de recherche. Cela pourrait permettre de nouvelles études sur l'adhésion cellulaire, par exemple. Les biologistes savent que l'attachement d'une cellule à une surface est déterminé par de minuscules nanostructures appelées adhérences focales qui varient en taille. Celles-ci sont importantes car lorsque l'adhésion cellulaire se détériore, une cellule cancéreuse peut se libérer d'une tumeur et se propager dans tout le corps. Mrksich dit que les matrices à motifs fabriquées à l'aide de la technique de Mirkin pourraient montrer aux biologistes cellulaires comment la taille des adhérences focales régule le comportement cellulaire.

Cette méthode devrait ouvrir des capacités de fabrication de bureau à beaucoup plus de chercheurs, dit Mirkin. Une société appelée Encre nano a commercialisé des méthodes de lithographie antérieures de son laboratoire. Il dit que l'université concédera probablement la méthode de nanolithographie à une entreprise, pas nécessairement Nano Ink. Mrksich fait également partie du conseil consultatif scientifique de cette société.

cacher