 Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и цюрихской Лаборатории IBM создали новую технология, которая, впервые в науке, позволяет создать сложные по структуре малые объекты, при соединении вместе формирующие микросферы. Объекты имеют размер приблизительно в несколько микрометров и создаются модульно. Их дизайн можно запрограммировать таким образом, чтобы каждый компонент обладал различными физическими свойствами. Это значительно отличает новую технология от технологии 3D-принтинга. В большинстве современных 3D-принтинговых технологий объекты могут быть созданы, только если они состоят из одного материала, имеют единообразную структуру, а также присоединены к поверхности в процессе производства.
Для того, чтобы создать микрообъекты нового поколения, две команды ученых используют сферы очень малого размера, изготовленные или полимера, или кварца. Диаметр каждой сферы – примерно один микрометр; сферы обладают разными физическими свойствами. Исследователи научились контролировать эти составные части и организовать их в желаемой геометрической последовательности.
Получившиеся структуры занимают любопытную нишу относительно своего размера: они гораздо больше, чем обычные химические или биохимические молекулы, однако, гораздо меньше, чем стандартные объекты нашего макроскопического мира.
«В зависимости от перспективы, можно называть новую технологию гигантскими молекулами, или микрообъектами», говорит Лучио Иза, профессор высшей технической школы Цюриха. Он возглавил исследовательский проект вместе с Хейко Вульфом, ученым из IBM Research. «На данный момент никому не удавалось создать полностью контролируемую последовательность индивидуальных компонентов при синтезе искусственных молекул в микромасштабе», говорит Иза.
С новым методом возможно создавать микрообъекты с точно заданными магнетическими, немагнетическими свойствами, а также по-разному заряженными областями. В данный момент ученые способны создавать маленькие стержни с варьируемой длиной и составом, маленькие треугольники и простые, имеющие три измерения, объекты. Однако, исследователи хотят совершенствовать технологию и дальше.
Технология может применяться, например, для изготовления самоходных микроперевозчиков, которые движутся во внешнем электрическом поле благодаря их сложной геометрии и составу.
Другие сферы применения включают микромиксеры для систем «лаборатория на чипе» -- микроустройств, осуществляющих многостадийные биохимические, или химические процессы. Такие микроустройства могут захватывать, перевозить и отпускать микрообъекты в заданном месте. Помимо этого, исследователи могут создавать искусственные молекулы таким образом, чтобы последние смогли взаимодействовать друг с другом и самостоятельно объединяться в гораздо большие «суперструктуры». Эта сфера относится к фотонике, или, световой обработке сигналов.
«Для фотоники необходимо настраивать микроструктуры. Однажды такие структуры смогут изготавливаться при помощи созданными нами компонентами», говорит Лучио Иза.
Для того, чтобы произвести большое количество идентичных микрообъектов в одно и то же время, ученые использовали полимерные образцы с выгравированными на них выемками в форме объекта, который необходимо создать. Исследователи разработали метод, который позволил им расположить по одной крошечной сфере во время каждой отдельной ступени процедуры. Ученые могут построить более крупные объекты последовательно, выбирая тип сферы для каждого шага процедуры. В конце, создатели соединяют микроскопические сферы вместе, нагревая их на короткий период времени.
На данной фазе разработки, крошечные сферы крепко связаны друг с другом, но в будущем исследователи надеются попробовать соединить их «мягкими связями». Таким образом, объекты можно будет использовать как крупномасштабные модели для химических и биохимических компонентов. Это может пригодится для тщательного изучения протеиновых сгибов в ходе экспериментов. Исследователи будут пытаться собирать объекты при помощи микроскопических сфер, сделанных из материалов, помимо пластика и кварца. Ученые Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Лаборатории IBM считают, что в их методе могут быть использованы практически любые материалы, даже металлы.
|
