Вчені адаптували стародавню техніку – трафаретний друк – для точного декорування наночастинок золота, надаючи їм нові та потенційно революційні властивості. Цей прорив робить можливим кероване створення наноматеріалів із заданою взаємодією зі світлом, звуком і навіть біологічними системами. Метод, натхненний керамічним декором, може прискорити прогрес у таких сферах, як мікроелектроніка, цільова доставка ліків і розробка метаматеріалів.
Виклик нанорозмірної персоналізації
Створення наночастинок – вже добре розвинена галузь. Складність полягає в тому, щоб контролювати їх поверхні. Те, як частинки взаємодіють одна з одною та з навколишнім середовищем, повністю залежить від їх зовнішньої структури. Але коли ми говоримо про частинки, товщина яких становить менше однієї тисячної товщини аркуша паперу (менше 100 нанометрів), точна модифікація поверхні була майже неможливою — досі.
Від кераміки до нанотехнологій
Рішення прийшло з несподіваного джерела: кераміки. Нанонауковець Аххюн Кім зрозумів, що воскову техніку, яка використовується для створення складних візерунків на кераміці, можна адаптувати до нанорозміру. Замість воску її команда використовувала йодид, щоб замаскувати частини наночастинок золота, а потім наносила інші матеріали лише на відкриті поверхні. Результатом став «надрукований за трафаретом» візерунок хімікатів, точно прикріплених до золота, змінюючи його поведінку.
Як працює “Трафарет”.
Процес складається з трьох ключових кроків:
- Маскування: йодид використовується для покриття вибраних ділянок наночастинок золота, створюючи тимчасовий бар’єр.
- Адгезія: застосовується хімічна речовина під назвою 2-NAT, яка прилипає лише до відкритих золотих поверхонь.
- Декорація: Довгі полімерні «волосся» потім прикріплюються до 2-NAT, залишаючи вкриті йодидом ділянки відкритими.
Регулюючи кількість йодиду та 2-NAT, команда може створити широкий спектр візерунків. Комп’ютерне моделювання мало вирішальне значення для передбачення того, як різні хімічні комбінації вплинуть на кінцеві структури.
Наслідки для технологій майбутнього
Можливість трафаретного друку на наночастинках має далекосяжні наслідки:
- Метаматеріали: Трафаретні наночастинки золота можна зібрати в матеріали з унікальними властивостями заломлення світла або шумопоглинання.
- Електроніка: Точне нанорозмірне моделювання дозволяє створювати більш ефективні та компактні електронні схеми.
- Доставка ліків: спеціально розроблені поверхневі покриття можуть направляти ліки до певних клітин або тканин організму, мінімізуючи побічні ефекти.
- Стелс-покриття: Модифіковані наночастинки можна використовувати для створення матеріалів, невидимих для радарів, що впливає на військову техніку.
Як зазначила Сара Скрабалак, хімік з Університету Індіани в Блумінгтоні, це «розсуває межі можливого з нанокристалами та того, як їх можна модифікувати».
За золотом: майбутнє трафаретного друку
Зараз команда досліджує, як застосувати цю техніку до інших металів і полімерів. Потенційні можливості застосування величезні, від тканин, що змінюють колір, до передових медичних процедур. Основний принцип — використання трафарету для точного контролю хімії поверхні — являє собою значний стрибок у нанотехнологіях.
Можливість маніпулювати матеріалами в такому масштабі відкриває абсолютно нові можливості для створення передових технологій. Цей метод полягає не лише у створенні менших компонентів; йдеться про фундаментальну зміну способу взаємодії матеріалів із середовищем.
Ця техніка трафаретного друку — це не просто поступове вдосконалення; це зміна парадигми, яка обіцяє розпочати нову еру наноінженерії.
