01/06/2011 - Entwicklung wirtschaftlicher und produktionsschneller Nanogeräte

Menéame

Eine von Ingenieuren der Vanderbilt University entwickelte Technik wird die Entwicklung einer neuen Generation kostengünstiger Nanogeräte ermöglichen. Für die Herstellung werden poröse Nanomaterialien verwendet, die aufgrund ihrer optischen, elektrischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften große Vorteile haben. Diese Geräte werden eine breite Palette von Anwendungen haben, einschließlich der Verabreichung von Arzneimitteln, chemischen und biologischen Sensoren, Solarzellen und Elektroden für Batterien, unter anderem. Auf Pablo Javier Piacente.

Eine Gruppe von Ingenieuren an der Vanderbilt University in den Vereinigten Staaten hat es geschafft, eine neue Klasse kostengünstiger Nanogeräte zu entwickeln, die aufgrund ihrer Eigenschaften und Eigenschaften auf so unterschiedlichen Flächen wie der Pharmaindustrie oder der Solarenergie eingesetzt werden können. Die größte Innovation, die sie darstellen, ist die Nutzung poröser Nanomaterialien, die erhebliche Vorteile bieten.

Bei der Herstellung wird eine relativ einfache Technik eingesetzt, um unsichtbare Muster für das menschliche Auge in porösen Nanomaterialien zu markieren, die eine neue Form der Produktion billiger Nanogeräte und höchste Effizienz bieten. Die neue Technik wurde in einer Pressemitteilung der Vanderbilt University und in einem Artikel der Nano Letters präsentiert.

Diese neue Methode wird mit Materialien entwickelt, die mit kleinen Hohlräumen gefüllt sind und nur mit einem speziellen Mikroskop zu erkennen sind. Diese porösen Nanomaterialien weisen gleichzeitig starre und schwammige Strukturen auf, und ihre Eigenschaften wurden in den letzten Jahren von Wissenschaftlern umfassend untersucht.

Es gibt u.a. poröse Nanomaterialien aus Gold, Silizium, Aluminium und Titanoxid. Bislang war die Komplexität und die Kosten der Prozesse, die erforderlich waren, um sie in Geräte umzuwandeln, ein wesentliches Hindernis für die Verwendung dieser Materialien. Die Arbeit der Ingenieure von Vanderbilt hat jedoch dazu geführt, dass dieser Nachteil überwunden wurde.

Vereinfachung der Verfahren

Die neue Technik, die vom Team von Ingenieuren und Spezialisten entwickelt wurde, wurde von Sharon M. Weiss, Professor für Elektrotechnik an der Vanderbilt University, ermöglicht einen schnellen und kostengünstigen Druckprozess der erforderlichen Aggregate für poröse Nanomaterialien. Dank dieser Technik können eine Vielzahl von Nanogeräten hergestellt werden.

Die traditionellen Strategien für die Herstellung von Geräten mit porösen Nanomaterialien basieren auf dem Prozess zur Entwicklung von Computerchips. Dieser Prozess erfordert die Verwendung einer bestimmten Umgebung, und es besteht darin, die Oberfläche mit einem speziellen Material zu malen, indem es UV- oder Elektronenstrahl ausgesetzt wird, um das gewünschte Muster zu schaffen.

Anschließend müssen eine Reihe chemischer Behandlungen durchgeführt werden, um den Prozess abzuschließen, der komplex und kostspielig wird.

Die von Weiss und seinem Team entwickelte Technik wird als direkter Druck poröser Substrate bezeichnet und kann unabhängig von ihrer Komplexität in weniger als einer Minute ein Gerät erstellen.

Das kleinste Modell, das bisher mit dieser Technik erzeugt wurde, verfügt nur über ein paar Dutzend Nanometer, was die Größe eines einzelnen Fettsäuremoleküls ist. Es gibt auch eine weitere Entwicklung in nanoporösem Gold von etwa 70 Nanometern.

Einige Anwendungen

Das erste Nanogerät, das Weiss und sein Team mit der neuen Technologie entwickelt haben, war ein Biosensor, der konfiguriert werden kann, um eine Vielzahl von organischen Molekülen wie DNA, Proteine und Viren zu identifizieren. Das Gerät besteht aus einem Gitter aus porösem Silizium, das die Moleküle an ihm haften kann.

Die Ingenieure und Forscher betonten, dass ein Biosensor aus Nanoporosium viel empfindlicher ist als der aus normalem Silizium. Außerdem hat die Weiss-Gruppe mit Spezialisten für chemische und biomolekulare Engineering zusammengearbeitet, um die neue Technik in der Produktion von chemischen Nanosensoren einzusetzen.

Chemische Nanosensoren sind zehnmal empfindlicher als andere Arten von kommerziellen chemischen Sensoren, was eine größere Wirksamkeit bei den zu konkretierenden Aufgaben ermöglicht. Darüber hinaus haben Forscher auch bewiesen, dass sie diese Technik verwenden können, um Mikropartikel zu entwickeln.

Diese Mikropartikel könnten bei Anoden von Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden, was ihre Kapazität erheblich steigern würde, ohne dass viel Gewicht hinzugefügt werden müsste. Diese Untersuchung wurde von der U.S. Army Research Office, das INNESCO-Projekt, das Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada und die National Science Foundation.

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