Nanostifte im Gleichtakt

News: Nanostifte im Gleichtakt

Ein Punkt, eine Linie, ein Achteck und ein Viereck - eine einfache Aufgabe für einen Schüler im Geometrie-Unterricht. Dasselbe gleichzeitig in achtfacher Ausführung ist für einen Plotter nicht mehr als eine Aufwärmübung. Deutlich schwieriger jedoch wird die Aufgabe, wenn die Zeichnungen auf einen Stecknadelkopf passen sollen. Aber auch das Problem haben Wissenschaftler jetzt mit einem Nanoplotter gelöst.

Im Oktober 1999 präsentierten Chad Mirkin und seine Mitarbeiter von der Northwestern University einen winzigen Schriftzug, der nur den Bruchteil eines Stecknadelkopfes einnahm. Sie zeichneten mehrere Striche und Buchstaben nacheinander mit verschiedenen Tinten – wohl eines der winzigsten Gemälde, das bisher entstanden ist. Aber die Forscher wollten nicht nur Einzelbilder herstellen. Darum entwickelten sie einen Prototyp, mit dem ihnen der Sprung von der seriellen zur parallelen Technik gelang: Sie konstruierten einen Nanoplotter, der gleichzeitig mit acht Stiften schreiben kann. Dabei war jede Linie nur 30 Moleküle breit und ein Molekül hoch (Science vom 9. Juni 2000).

Die neue Technik bietet sogar noch einen großen Vorteil gegenüber anderen Nanolithographie-Verfahren: Es muss nur einer der acht Stifte überwacht werden. Das liegt an einem winzigen Wassertropfen an der Spitze des Schreibstiftes, der bei der so genannten "dip-pen nanolithography" (DPN) an einem Kraftmikroskop befestigt ist. Der Stift wird wie eine Tuschefeder in Tinte getaucht. Außerdem bildet sich von selbst jener Wassertropfen an seiner Spitze. Berührt diese nun eine Unterlage, fließt die molekulare Tinte durch eine kleine Kapillare in dem Tropfen ab. Bei anderen Verfahren ändert sich durch den Kontakt des Stiftes mit der Schreibfläche die Linienbreite und die Qualität der Muster. Dementsprechend muss jede Spitze einzeln kontrolliert werden, was die Geräte sehr aufwendig und teuer macht. Wie die Wissenschaftler bei ihren Versuchen feststellten, ist das bei DPN jedoch nicht nötig. Die Nanokapillare bleibt in ihrer Form unverändert, nur der Wassertropfen wird bei größerem Druck einfach etwas breiter.

Auch diesmal malten die Forscher kleine Bilder, um die Fähigkeiten ihres modernen Schreibgerätes zu demonstrieren. Vierecke und Achtecke, Punkte und Linien, auf Wunsch mit verschiedenen Tinten – alles kein Problem. Auch im Hinblick auf die Zahl der Stifte sind die Forscher zuversichtlich, dass sie diese irgendwann auf mehrere Hundert oder womöglich sogar Tausend erhöhen können. Geplant sind allerdings erst einmal fünfzig bis Ende nächsten Jahres.

Die Zukunft des Gerätes liegt natürlich weniger in der Kunst. Die Wissenschaftler denken eher an die Herstellung von Miniatur-Platinen sowie die medizinische Diagnostik und Genomik. Denn dann hätten Tausende von Sensoren oder Schaltkreisen auf einem Stecknadelkopf Platz. Und sie würden eine Auflösung bieten, die weit höher als bei heutigen Methoden ist.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 22.10.1999
"Kalligraphie in der Nanowelt"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 29.1.1999
"Der kleinste Federhalter der Welt"

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