Een krimprecept voor nanovormen

Spons

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.

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.