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Implosions-Fabrikation

Forscher lassen Objekte auf Nano-Größe schrumpfen

Forscher des MIT haben eine neue Methode entwickelt, mit der sich hochpräzise und komplexe 3D-Nano-Objekte herstellen lassen. Dazu lassen sie größere Objekte einfach auf Nano-Größe schrumpfen.

Cambridge (U.S.A.). Erstmalig ist es Forschern des Massachusetts Institute of Technologie (MIT) in Cambridge gelungen, Objekte auf Nano-Größe schrumpfen zu lassen. Dazu erzeugten sie im ersten Schritt 3D-Objekte aus einem speziellen Hydrogel, welche im Anschluss durch eine Säure bis auf Nano-Größe verkleinert wurden. So konnten die Forscher Objekte bis zu tausendfach verkleinern. Dieses als Implosions-Fabrikation getaufte Verfahren ermöglicht ganz neue Möglichkeiten in der Nanotechnologie, wie die Forscher im Fachmagazin Science berichten.

Zwar lassen sich mit modernen 3D-Druckern heute alle erdenklichen Bauteile und sogar biologisches Gewebe anfertigen, für 3D-Drucke auf Nanogröße sind aber selbst die modernsten 3D-Drucker3D-Drucker nicht fein genug.

Besondere Eigenschaften des Hydrogels

Möglich wird das Schrumpf-Verfahren durch ein spezielles Hydrogel aus Polyacrylat/Polyacrylamid, wie Daniel Oran und seine Kollegen berichten. „Diese besonderen Gele sind für ihre Fähigkeiten bekannt, sich um etwa das Zehnfache zu verkleinern oder zu vergrößern.“ Kommt das Hydrogel in Kontakt mit bestimmten Säuren, so verändern diese den Wassergehalt und die chemischen Verbindungen so, dass sich das Gel gleichmäßig zusammenzieht.

So lassen sich durch das Schrumpfen aus größeren Gelobjekten absolut detaillierte Objekte im Nano-Format herstellen – ohne Verzerrungen oder sonstige unerwünschte Nebeneffekte.

Molekulare Vorarbeit

Die Forscher tränkten das Hydrogel vorerst mit einer Lösung, welche sehr lichtsensible Fluorescein-Moleküle enthält. Mit feinen Laserpulsen verankerten sie diese Moleküle anschließend in dem Hydrogel an den Stellen, an denen später die Bauteile des Nano-Objekts sitzen sollten. Dann wurde die Lösung ausgewaschen und es blieben nur noch die durch den Laser verankerten Moleküle übrig.

Für das Schrumpf-Verfahren tauchten die Forscher das Gelkonstrukt mehrere Stunden in einer Säure bzw. einer Lösung mit zweiwertigen Kationen. Dadurch wurden die Abstoßungen negativer Ladungen im Hydrogel aufgehoben. Als Folge zog sich das Gelkonstrukt zusammen und schrumpfte maßstabsgetreu bis auf Nanogröße.

Neue Möglichkeiten in der Nanotechnologie

Die neue Implosions-Fabrikation wird die Nanotechnik revolutionieren. „Die damit verbundene Demokratisierung der Nanofabrikation kann uns Wege eröffnen, die wir uns jetzt noch gar nicht vorstellen können“, so die Forscher. So könnten mit dem neuen Schrumpf-Verfahren nicht nur besonders kleine Bauteile hergestellt werden, auch Nanoroboter sind jetzt kein Problem mehr.

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