نانو الگودهی سیلیکون با استفاده از ساختارهای خودآرای DNA

محققان با استفاده از نانوساختارهای DNA و با بهره‌گیری از روش حکاکی توانسته‌اند لبه‌های برآمده و شیارهای بسیار کوچکی روی دی‌اکسید سیلیکون ایجاد نمایند. این راهکار جدید مراحل چندگانه مورد نیاز برای این کار را حذف کرده و همچنین با روش‌های فعلی فراوری سیلیکون سازگاری دارد. شاید بتوان روزی از این روش در الگودهی تراشه‌های رایانه‌ای استفاده کرد.اوریگامی DNA یک روش جذاب برای ایجاد ساختارهای نانومقیاس است، اما این مولکول‌ها بسیار شکننده‌تر از ساختارهایی با ویژگی‌های الکتریکی و اُپتیکی مفید هستند که با استفاده از آنها مورد الگودهی قرار می‌گیرند. حکاکی یک ماده محکم مانند سیلیکون بدون آنکه DNA در طول فرایند از بین برود، کار بسیار دشواری است. حال سومد سوروید از دانشگاه پیتزبورگ و همکارانش راه‌حل ساده‌ای ارائه داده‌اند.

کلید اصلی این روش واکنش میان دی‌اکسید سیلیکون جامد و اسید هیدروفلوئوریک گازی است. این دو مولکول در حضور آب به‌عنوان کاتالیزور موجب تولید گاز تترافلوئورید سیلیکون و بخار آب می‌شوند.

هایتائو لیو، نویسنده اصلی مقاله مربوط به این کار می‌گوید: «سرعت این واکنش حکاکی وابستگی بسیار زیادی به مقدار آب موجود در سطح دارد». DNA و سیلیکون هر دو آب را جذب می‌کنند و میزان جذب آب توسط آنها به رطوبت محیط بستگی دارد. دی‌اکسید سیلیکون در شرایط خشک‌تر آب را بهتر نگه ‌می‌دارد، اما در رطوبت بالاتر آب بیشتری به DNA متصل می‌شود.

گروه تحقیقاتی لیو از این تفاوت بهره برده و با استفاده از DNA الگوهای برجسته و فرورفته‌ای روی سیلیکون ایجاد کردند. آنها ابتدا مثلث‌های پیچ‌خورده‌ای از DNA را روی دی‌اکسید سیلیکون قرار دادند. در محیط مرطوب‌تر با رطوبت ۵۰ درصد و دمای ۲۵ درجه سانتی گراد اسید هیدروفلوئوریک ترجیح می‌دهد در نزدیکی DNA واکنش داده و کانال‌هایی در زیر آن حفر کند. این محققان پس از شستن DNA از میکروسکوپی نیروی اتمی برای تصویربرداری از شیارهای تولید شده با قطر ۱۷ نانومتر (معادل عرض بازوهای مثلث DNA) استفاده کردند. در رطوبت پایین‌تر (۳۰ درصد) و در دمای ۳۰ درجه سانتی‌گراد اسید هیدروفلوئوریک دی‌اکسید سیلیکون عاری از DNA را سریع‌تر حک می‌کند. در این حالت DNA سیلیکون را حفاظت کرده و منجر به ایجاد برجستگی‌های مثلثی‌شکل می‌شود.

آلبرت هونگ، متخصص نانوالگودهی در دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو این روش را «ظریف و زیبا» می‌خواند، اما اشاره می‌کند که در زمینه لیتوگرافی مبتنی بر DNA هنوز چالش های زیادی وجود دارند که باید حل شوند. از جمله این چالش‌ها می‌توان به کیفیت و ثبات ساختارهای تولید شده و کنترل مطمئن رسوب‌دهی DNA اشاره کرد.

جزئیات این تحقیق در مجله Journal of American Chemical Society منتشر شده است.