18.04.2011

Drucken à la Gutenberg im Nanomaßstab

Elektronenstrahllithographisch strukturierter Siliziumwafer kann mehrfach als „Druckplatte“ verwendet werden.

Drucken à la Gutenberg im Nanomaßstab

Elektronenstrahllithographisch strukturierter Siliziumwafer kann mehrfach als „Druckplatte“ verwendet werden.

Als Gutenberg die Prinzipien des modernen Buchdrucks entwickelte, wurden Bücher für die breite Masse zugänglich. Einen Ansatz für eine an das Gutenbergsche Druckverfahren angelehnte Technik im Nanomaßstab, die für die Massenproduktion tauglich ist, hat ein Forscherteam von der Monash University (Australien) sowie den Lawrence Berkeley National Laboratories (USA) entwickelt. Bei dem Nano-Druckverfahren dienen Gold-Nanopartikel als „Tinte“ und die spezifische Bindung zwischen DNA-Molekülen sorgt für ihre Übertragung auf das zu bedruckende Substrat.

Nanomuster mit hoher Auflösung sind heute gut herstellbar. Die bisherigen Methoden sind allerdings für eine kommerzielle Fabrikation zu langsam und aufwändig. Das von den Forschern vorgestellte elektronenstrahl- lithographische Verfahren arbeitet mit einer wiederverwendbaren „Druckplatte“, wodurch nacheinander folgende Druckzyklen ermöglicht werden.

Abb.: Lithographisch definierte Nanostrukturen auf einem Siliziumwafer, der als mehrfach verwendbare "Druckplatte" dient. (Bild: Wiley-VCH)

Als Druckplatte dient ein Siliziumwafer, der mit einem Photolack beschichtet und durch eine Maske, die das gewünschte Muster trägt, mit Elektronen bestrahlt wird. An den belichteten Stellen löst sich der Lack. Hier kann der Wafer geätzt werden. Dann wird er mit Gold beschichtet. Beim Abheben der Lackschicht bleibt das Gold nur an den geätzten Stellen haften. Über Schwefelwasserstoffgruppen werden Polyethylenglycol-Ketten spezifisch an das Gold gebunden. Am Ende tragen die Ketten positiv geladene Aminogruppen. Nun wird die fertige Druckplatte in die „Tinte“ getaucht, eine Lösung mit Gold-Nanopartikeln, die mit negativ geladenen DNA-Molekülen beschichtet sind. Durch elektrostatische Anziehung heftet sich die DNA an die Aminogruppen und bindet so die Goldnanopartikel an die Stellen der Druckplatte, die das Goldmuster tragen.

Als „Papier“ dient ein mit einem dünnen Goldfilm überzogener Siliciumwafer, der mit DNA beschichtet ist. Diese DNA-Stränge sind komplementär zu den DNA-Strängen auf den Goldpartikeln und paaren sich mit diesen zu Doppelsträngen. Eine solche Bindung ist stärker als die elektrostatische Anziehung durch die Aminogruppen. Wird das „Papier“ auf die „Druckplatte“ aufgedrückt und dann wieder abgenommen, bleiben die Goldnanopartikel der Tinte auf dem „Papier“ haften und bilden das gewünschte Muster ab. Nach einer Reinigung lässt sich die „Druckplatte“ erneut verwenden.

GDCh / MH

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