Drucken à la Gutenberg im Nanomaßstab

21. April 2011, 21:06
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Forscher entwickeln Verfahren mit wiederverwendbarer "Druckplatte" für Nanomuster

Als Gutenberg die Prinzipien des modernen Buchdrucks entwickelte, wurden Bücher für die breite Masse zugänglich. Auf eine für die Massenproduktion taugliche Technik im Nanomaßstab hofft ein US-australisches Forschungsteam, das ein Nano-Druckverfahren entwickelt hat, das an das Gutenbergsche Druckprinzip angelehnt ist. Ziel ist die einfache, kostengünstige Herstellung nanotechnologischer Bauteile für Solarzellen, Biosensoren und andere elektronische Systeme.

Nanomuster mit extrem hoher Auflösung sind heute gut herstellbar, allerdings sind die bisherigen Methoden für eine kommerzielle Fabrikation viel zu langsam und aufwändig. Eine "interessante Lösung" verspricht die Arbeitsgruppe um Udo Bach von der Monash University (Australien) sowie den Lawrence Berkeley National Laboratories (USA). Die Forscher haben ein Verfahren entwickelt, das mit einer wiederverwendbaren "Druckplatte" arbeitet. Wie sie in der Zeitschrift "Angewandte Chemie" berichten, dienen Gold-Nanopartikel als "Tinte", die spezifische Bindung zwischen DNA-Molekülen sorgt für ihre Übertragung auf das zu bedruckende Substrat.

Neues Verfahren

Als Druckplatte dient ein Siliciumwafer, eine Scheibe aus Silicium, wie sie auch zur Herstellung von Computerchips verwendet wird. Die Scheibe wird mit einem Photolack beschichtet und durch eine Maske, die das gewünschte Muster trägt, mit Elektronen bestrahlt (Elektronenstrahllithographie). An den belichteten Stellen löst sich der Lack. Hier kann der Wafer geätzt werden. Dann wird er mit Gold beschichtet. Beim Abheben der Lackschicht bleibt das Gold nur an den geätzten Stellen haften. Über Schwefelwasserstoffgruppen werden Polyethylenglycol-Ketten spezifisch an das Gold gebunden. Am Ende tragen die Ketten positiv geladene Aminogruppen.

Nun wird die fertige Druckplatte in die "Tinte" getaucht. Das ist eine Lösung mit Goldnanopartikeln, die mit negativ geladenen DNA-Molekülen beschichtet sind. Durch elektrostatische Anziehung heftet sich die DNA an die Aminogruppen und bindet so die Goldnanopartikel an die Stellen der Druckplatte, die das Goldmuster tragen.

Als "Papier" dient ein mit einem hauchdünnen Goldfilm überzogener Siliciumwafer, der mit DNA beschichtet ist. Diese DNA-Stränge sind komplementär zu den DNA-Strängen auf den Goldpartikeln und paaren sich mit diesen zu Doppelsträngen. Eine solche Bindung ist stärker als die elektrostatische Anziehung durch die Aminogruppen, so die Forscher. Wird das "Papier" auf die "Druckplatte" aufgedrückt und dann wieder abgenommen, bleiben die Goldnanopartikel der Tinte auf dem "Papier" haften und bilden das gewünschte Muster ab. Die "Druckplatte" ist nach einer Reinigung mehrfach verwendbar. (red)

  • In Anlehnung an das Druckprinzip von Gutenberg wurde eine Technik entwickelt, die elektrostatisches Ordnen von Nanopartikeln und Kopieren von lithographisch definierten Nanostrukturen durch DNA-Moleküle nutzt.
    foto: wiley-vch

    In Anlehnung an das Druckprinzip von Gutenberg wurde eine Technik entwickelt, die elektrostatisches Ordnen von Nanopartikeln und Kopieren von lithographisch definierten Nanostrukturen durch DNA-Moleküle nutzt.

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