Nanolitografía termoquímica produce muchas sustancias químicas en un chip

Los científicos han desarrollado una técnica de nanolitografía que puede producir patrones de alta resolución de por lo menos tres sustancias químicas diferentes en un solo chip, con velocidades de escritura de hasta un milímetro por segundo. Los nanopatrones químicos pueden ser diseñados según pedido con cualquier forma necesaria y han mostrado que son lo suficientemente estables para que puedan ser almacenados por semanas y usados en otros sitios.

La técnica, conocida como nanolitografía termoquímica fue descrita en la edición de Diciembre 2009 de la revista Advanced Functional Materials. La investigación tiene aplicaciones en varios campos científicos desde la electrónica hasta la medicina. "La fortaleza de este método es realmente la posibilidad de producir patrones químicos de bajo costo, alta resolución y alta densidad que pueden ser suministrados a cualquier laboratorio en el mundo, donde inclusive, los no expertos en nanotecnología pueden sumergir la muestra en la solución deseada y por ejemplo, hacer nanohileras de proteínas, ADN o nanopartículas”, dijo la Dra. Elisa Riedo, profesora asociada en la Escuela de Física en el Instituto Tecnológico de Georgia (Georgia Tech).

Teóricamente, la técnica es sorprendentemente simple. Usando un microscopio de fuerza atómica (AFM) los investigadores calientan una punta de silicio y la pasan sobre una película delgada de polímero. El calor de la punta induce una reacción química local en la superficie de la película. Esta reacción cambia la reactividad química de la película y la transforma, de una sustancia inerte a una reactiva, que se puede unir selectivamente a otras moléculas. El equipo desarrolló primero la técnica en 2007. Ahora han añadido varios giros nuevos importantes que deberían convertir a la nanolitografía termoquímica (TCNL) en una herramienta extremadamente útil para los científicos que trabajan en la nanoescala.

"Hemos creado una forma de hacer patrones independientes de sustancias químicas múltiples en un chip que se puede dibujar en cualquier forma que se quiera”, dijo la Dra. Jennifer Curtis, profesora asistente en la Escuela de Física.

Poder crear características de alta resolución de sustancias químicas diferentes en formas arbitrarias es importante, porque algunas de las técnicas de nanolitografía están limitadas a apenas una reacción química, resoluciones más bajas y/o formas fijas. Más aún, la capacidad de velocidad de la TCNL de 1 mm/s la hace más rápida en órdenes de magnitud que la nanolitografía de pluma de inmersión, ampliamente usada, la cual funciona a una velocidad de 0,0001 mm/s por pluma.

La investigación se hace gracias a sondas calentadas AFM que pueden crear puntos calientes de apenas unos pocos nanómetros de diámetro. Estas puntas están diseñadas y fabricadas por el colaborador, el Prof. William King en la Universidad de Illinois (Urbana-Champaign EUA). "La punta calentada permite dirigir las reacciones químicas en nanoescala dijo el Prof. King.

La técnica nueva produce patrones químicos múltiples en el mismo chip usando el AFM para calentar una película de polímero y cambiar su reactividad. Posteriormente, el chip es sumergido en una solución que permite que las sustancias químicas (por ejemplo, proteínas u otras asociadores químicos) en la solución se unan al chip en las partes en las que ha sido calentado. El AFM después calienta la película en otro punto. El chip es sumergido en otra solución y nuevamente otra sustancia química se puede unir en el chip.

En el artículo, los científicos demuestran como hicieron los patrones de amino, tiol, aldehído y biotina usando esta técnica. Sin embargo, en principio, la TCNL podría ser usada para casi cualquier sustancia química. Su investigación también muestra que los patrones químicos se pueden usar para organizar materiales funcionales en la superficie, como proteínas y ADN.

"El poder de esta técnica es que en principio, puede funcionar con casi cualquier sustancia química o nano-objeto con reactividad química. Permite que los científicos dibujen muy rápidamente muchas cosas que después pueden ser convertidas a cualquier cantidad de cosas diferentes, las cuales a su vez se pueden unir selectivamente a muchas otras cosas. Por lo tanto, no importa si usted está interesado en biología, electrónica, medicina o química, la TCNL puede crear el patrón reactivo para unir lo que escoja”, dijo el Dr. Seth Marder, profesor en la Escuela de Química y Bioquímica y director del Centro para Fotónica y Electrónica Orgánica en el Tecnológico.

Además la TCNL permite que se realice la escritura química en un sitio con la generación del patrón del nano-objeto en otra, de tal manera que los científicos que no son expertos en la escritura de patrones químicos en nanoescala todavía pueden añadir sus objetos a él. Es la estabilidad de la técnica lo que hace esto posible. "Una vez que se dibuja el patrón, es muy estable y no reactivo. Hemos mostrado que se conserva por más de un mes, se toma y se sumerge y sigue haciendo uniones”, dijo la Dra. Riedo.

"Me gustaría pensar que dentro de varios años las personas tendrán acceso a la TCNL que les permite generar estos patrones en un sitio como Georgia Tech, que sea mucho más barata que las herramientas de nanolitografía que usamos actualmente en nuestra sala limpia” dijo el Dr. Marder.

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Georgia Institute of Technology