Angewandte Chemie

Cover image for Vol. 127 Issue 17

Chefredakteur: Peter Gölitz, Stellvertreter: Neville Compton, Haymo Ross

Online ISSN: 1521-3757

Associated Title(s): Angewandte Chemie International Edition, Chemistry - A European Journal, Chemistry – An Asian Journal, ChemistryOpen, ChemPlusChem, Zeitschrift für Chemie

Den vollständigen Artikel und die Anschrift des Autors finden Sie in Angew. Chem 2001, 113 (16), 3159 - 3161

Nr. 16/2001


Schreiben mit dem Mikroskop

Einzelne Partikel definiert anordnen
mit Nanolithographie

Eigentlich dienen Rasterkraft-Mikroskope dazu, Oberflächenstrukturen mit atomarer Auflösung zu untersuchen. Chad A. Mirkin und seine Mitarbeiter haben die Technik ein wenig zweckentfremdet: Sie "lesen" die Oberfläche nicht nur ab, sondern sie nutzen das Rasterkraft-Mikroskop, um damit zu "schreiben". Ihr Ziel ist es, einzelne Nanopartikel in einem Muster definiert auf einem Substrat anzuordnen. Dip-Pen-Nanolithographie nennt sich diese Methode in Analogie zur Lithographie, mit der sie einiges gemeinsam hat.

Über eine Kapillare wird eine wässrige Lösung zur extrem feinen Spitze des Rasterkraft-Mikroskops transportiert, wo sie einen winzigen Meniskus bildet. Während die Spitze die Oberfläche zeilenweise abrastert, gelangt die "molekulare Tinte" über den Meniskus auf definierte Stellen des Substrates. Mirkin und Kollegen arbeiten mit Goldoberflächen, an denen die "Tinte" gut haftet. Die "Tinte" besteht aus Kohlenwasserstoffketten mit einem Schwefelatom an dem einen und einer Säuregruppe an dem anderen Ende. Der Schwefel bindet die Kette fest an das Gold. Auf diese Weise werden Muster aus winzigen Pünktchen erzeugt. Wie bei der richtigen Lithographie wird nun die freigebliebene Oberfläche passiviert. Dazu bindet man Kohlenwasserstoffketten ohne Säure-Enden - ebenfalls über ein Schwefelatom - an das Gold. Jetzt ist die "Matrize" fertig für das Auftragen der Partikel. Für ihre ersten Experimente haben die Forscher winzige Polystyrol-Kügelchen gewählt, an die positiv geladene Aminofunktionen angehängt wurden. Durch elektrostatische Anziehung binden sie an die negativ geladenen Säuregruppen der "Tinte" - und knüpfen so die Kügelchen an die Goldoberfläche. Werden die Größenverhältnisse richtig gewählt, haftet je ein einzelnes Kügelchen an einem der wie Klebstoff wirkenden Pünktchen. Gut zueinander passen Kügelchen mit einem Durchmesser von knapp einem Mikrometer (0,0001 mm) und Klebepünktchen von 0,5 bis 0,75 µm Durchmesser. Die Anordnung derartiger Partikel in definierten Kristallen könnte zu Materialien für die optische Datenübertragung führen.

"Das besondere an unserer Technik: Sie ist schnell, effektiv und sehr flexibel. Chemische Zusammensetzung, Größe, Form und Abstand der Tintenpünktchen können variiert werden," erläutert Mirkin. "Da die passivierten Bereiche später ebenfalls beschrieben werden können, lassen sich nacheinander unterschiedliche Partikel in ein gemeinsames Muster anordnen." Die Nanolithographie könnte für die Herstellung von molekularen elektronischen Komponenten und von neuen Katalysatortypen interessant sein. Auch Biomoleküle lassen sich "aufkleben" - und hinsichtlich ihrer Wechselwirkungen mit Pharmaka untersuchen.

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