בניית מבנים תלת-מימדיים של ננו-חוטים

מדענים הצליחו להחדיר פיתולים לננו-חוטים ישרים, ולהפוך אותם בכך למבנים דו- ותלת-מימדיים מזוגזגים בעלי תפקודים מתקדמים

מדענים, תוך כניסתם לרמה חדשה לחלוטין של מורכבות מבנית, הצליחו להחדיר פיתולים לננו-חוטים ישרים, ולהפוך אותם בכך למבנים דו- ותלת-מימדיים מזוגזגים בעלי תפקודים מתקדמים. המחקר פורסם החודש בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology ע"י חוקרים מאוניברסיטת הרווארד בראשותם של המדענים Bozhi Tian ו- Charles M. Lieber.

בין יתר היישומים האפשריים, אומרים החוקרים, הטכנולוגיה החדשה תוכל לקדם גישה ננומטרית חדשה לגילוי מעגלים חשמליים בתאים וברקמות.

"אנו נרגשים מאוד מהאפשרויות שמחקר זה פותח בפני הננוטכנולוגיה," אומר Charles M. Lieber, פרופסור לכימיה באוניברסיטת הרווארד. "לדוגמא, ננו-המבנים שלנו יוכלו לאפשר שילוב של התקנים פעילים בננו-אלקטרוניקה ומעגלים פוטוניים, וכמו-כן לפתח גישות חדשות לחלוטין לביו-חיישנים חוץ- ותוך-תאיים. התחום האחרון הינו תחום אחד שבו כבר עתה יש לנו ממצאים חדשים מרגשים, ואנו מאמינים כי הוא יביא לשינויים בדרך שבה הרבה מהרישומים החשמליים בביולוגיה ורפואה יתבצעו."

הגישה של החוקרים מתבססת על השילוב המבוקר של "סטריאו-מרכזים" משולשים – בעיקרם, מחברים קשיחים של 120 מעלות – לתוך ננו-חוטים, מבנים שהיו קודם ישרים וקשיחים בלבד. סטריאו-מרכזים אלו, המקבילים למוקדים כימיים המצויים בפרודות אורגניות מורכבות רבות, מכניסים פיתולים לננו-מבנים חד-מימדיים והופכים אותם לתצורות מורכבות יותר.

החוקרים הצליחו להכניס סטריאו-מרכזים לתוך ננו-חוטים שהוכנו בתהליך של התגודדות עצמית. הם הפסיקו את הצמיחה של ננו-מבנים חד-מימדיים למשך חמש-עשרה שניות באמצעות ההרחקה של מגיבי-מפתח גזיים מתערובת התגובה והחלפתם של מגיבים אלו במגיבים "המשולשים". בגישה זו הצליחו החוקרים לקבל ארבעים אחוזים של ננו-חוטים כפופים, אותם ניתן לבודד ולטהר לקבלת ניצולות גבוהות יותר.

"הסטריאו-מרכזים מופיעים כעין עיקולים שהמרחק ביניהם מבוקר לחלוטין," מסביר החוקר. "יתרה מכך, הדגמנו את כלליות הגישה שלנו באמצעות ההכנה של מבנים דו-מימדיים של ננו-חוטים המורכבים מסיליקון-, גרמניום- וקדמיום-סולפידים."

מחקר זה הינו האחרון במאמץ רב-השנים של מדענים לשלוט על ההרכב והמבנה של ננו-חוטים בזמן הכנתם. חרף ההתקדמות בתחומים אלו, היכולת לשלוט על העיצוב והצמיחה של ננו-מבנים הנוצרים בתהליך של התגודדות-עצמית הייתה מוגבלת. מחקר זה מקדם שלב אחד את היצירה של ננו-מבנים דו-מימדיים באמצעות אפשרויות החיבור של התקנים חשמליים לסטריאו-מרכזים.

"עיקרון חשוב שנולד ממחקרים אלו הינו ההכנסה לראשונה של תפקודיות בנקודות ננו-מטריות מוגדרות," מסביר החוקר הראשי. "הדגמנו את היכולת החדישה הזו ע"י ההחדרה של דיודות מסוג p-n וטרנזיסטורים של השפעות-שדה בדיוק בנקודות הסטריאו-מרכזיות."

ננו-מבנים מתויגים-עצמית שכאלו יוכלו לפתוח את האפשרות להכנסת רכיבי ננו-אלקטרוניקה, פוטו-חיישנים וביו-חיישנים לתוך ננו-מבנים מורכבים יותר. הידיעה מהאוניברסיטה