Je leest:

Een krimprecept voor nanovormen

Een krimprecept voor nanovormen

Auteur: | 14 december 2018
MIT/Edward Boyden met toestemming

Het blijkt al jaren een lastige klus voor materiaalwetenschappers: het fabriceren van driedimensionale structuren op de nanometerschaal. Onderzoekers halen nu een truc uit en maken nanovormpjes van onder andere zilver door ze te krimpen vanaf een groter formaat.

Een afbeelding van Alice (uit Alice in Wonderland) die werd ‘geprint’ in een acrylgel (links) waarna de gel sterk is gekrompen door al het water eruit te halen. De afbeelding is zo’n twintig keer verkleind.
MIT/Edward Boyden met toestemming

Als een te heet gewassen T-shirt, zo lukt het wetenschappers nu om een door hen gefabriceerd micromateriaal te laten krimpen naar de nóg kleinere nanoschaal (een nanometer is een miljoenste van een millimeter). Bij dit krimpproces blijven de oorspronkelijke vorm en eigenschappen grotendeels behouden. Het blijkt een handig recept, want fabricage op de microschaal is vooralsnog makkelijker dan op de nanoschaal. Met het nieuwe procédé lukt het om driedimensionale vormen te maken van verschillende materialen met details van slechts enkele tientallen nanometers.

De te krimpen vormen worden eerst met een laser ‘getekend’ in een polyacrylgel. Deze gel is doorzichtig en doorlaatbaar. Dat is essentieel, want via een aantal stappen dirigeren de onderzoekers de bouwmaterialen voor hun structuur (bijvoorbeeld nanodeeltjes van zilver) precies naar de gewenste plekken in de gel, waar ze zich hechten aan de getekende vorm. Vervolgens krimpt de gel, door het te behandelen met een zuur en het water eruit te halen. De vorm die eerst een micrometer was, is hierna nog maar vijftig nanometer. Het onderzoek van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) is deze week in het wetenschappelijke tijdschrift Science gepubliceerd.

Spons

Driedimensionale ‘kubussen’ in een gel die door het dehydrateren van de gel zeker tien keer kleiner werden.
MIT/Edward Boyden met toestemming

Zeker, er zijn al bestaande 3D-printtechnieken waarmee kleine structuren te maken zijn. Zo slaagden wetenschappers van de UTwente er een paar maanden geleden nog in om met lasers een soort metalen veertje te fabriceren uit minuscule gouddruppeltjes. Toch zijn er beperkingen. Je bent namelijk niet helemaal vrij in het maken van je vorm. En met laserlicht met een golflengte van doorgaans een paar honderd nanometer is het lastig om details te maken die kleiner zijn dan die paar honderd nanometer. Je hebt eigenlijk een kleinere ‘pincet’ nodig.

Om deze problemen te omzeilen gingen de MIT-onderzoekers onder leiding van Edward Boyden aan de slag met een zogenoemde polyacrylgel, een buigbaar en doorzichtig materiaal dat zich een beetje gedraagt als een microscopische spons. Chemische stoffen kunnen er doorheen bewegen en bovendien neemt het veel water op.

Eerst wordt de structuur van het materiaal in de gel ‘geprint’ met een laser waarmee gericht lichtabsorberende moleculen binden op specifieke plekken in de gel. Vervolgens laten de wetenschappers een ‘bouwmateriaal’ naar keuze los op de gel, zoals nanodeeltjes van zilver, DNA-moleculen of eiwitten. Die deeltjes binden zich op hun beurt weer aan de eerder vastgezette moleculen. Op deze manier ontstaat vrijwel iedere gewenst vorm, in drie dimensies en ondersteund door de gel. Ze maakten bijvoorbeeld driedimensionale kubussen, maar ook een afbeelding van Alice in Wonderland.

Nu volgt de krimptruc. Dat gebeurt door de gel te behandelen met een zuur en het water eruit te halen. Het geheel krimpt tien tot twintig keer en de gel hardt uit, maar blijft doorzichtig. De nanodeeltjes zitten na het krimpen dicht bij elkaar en vormen een verkleinde structuur.

Uitgelicht door de redactie

Biologie
Maken genetisch gemodificeerde muggen een eind aan malaria?

Astronomie
Natte en gematigde exoplaneet gevonden

Klimaatwetenschappen
Drijvende woningen vanwege het stijgende water

Elektronica in drie dimensies

Grappig, zo’n kleine Alice in Wonderland. Maar wat héb je eraan? In een iets verder ontwikkeld stadium kan de techniek wellicht dienen om kleine structuren te maken die bestaan uit verschillende materialen. De wetenschappers laten zien dat het mogelijk is om kleine geleidende draden te vormen. Dat biedt mogelijkheden voor extreem kleine en snelle elektronica in drie dimensies. Met de huidige processen om computerchips te maken is het mogelijk om ‘laagjes’ stapelen, maar echt driedimensionaal werken is nog lastig. Je kunt verder denken aan nanostructuren die het invallende licht breken en zo ultradunne lenzen mogelijk maken met dezelfde prestaties als een dikke lens.

Matthias Feinaeugle maakt als onderzoeker zelf micro- en nanostructuren op de UTwente en is onder de indruk van deze studie. Hij vindt dat de onderzoekers slim gebruikmaken van bestaande technieken. “Ik heb wel eerder onderzoekers gezien die hun materiaal probeerden te krimpen, maar dat proces is vaak lastig te controleren waardoor er vervormingen ontstaan”, zegt hij.

Bron

  • Oran D. et al., 3D nanofabrication by volumetric deposition and controlled shrinkage of patterned scaffolds, Science (14 december 2018), DOI:10.1126/science.aau5119
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 14 december 2018

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.