CMYK + фермент – а почему бы и нет?

Приставка «нано» постепенно утрачивает свою футуристичность. Недавно американские ученые из Университета Дьюка явили миру очередную разработку, которая, по выражению Scien­ce­ Dail­y, «самого Гуттенберга заставила бы раскрыть рот от удивления».

Приставка «нано» постепенно утрачивает свою футуристичность. Недавно американские ученые из Университета Дьюка явили миру очередную разработку, которая, по выражению Scien­ce­ Dail­y, «самого Гуттенберга заставила бы раскрыть рот от удивления».

В последние десятилетия прорывы в области высоких технологий (такие как появление Интернета, карманных ПК, электронной бумаги) зачастую провоцируют дебаты об отдаленном будущем печати, в которых подвергается сомнению жизнеспособность многих ее форм. В этом смысле печать электроники является чуть ли не самой многообещающей, с позволения сказать, полиграфической отраслью.

Фотолитография

Ветеран в области производства электронных схем – фотолитография (или оптическая) – по своей сути очень похожа на технологию трафаретной печати с использованием света вместо краски. Пучок лазерного излучения пропускается через теневую маску и фокусируется на светочувствительном материале (фоторезисте), которым покрыта кремниевая пластина, в результате чего на последней формируется рисунок схемы. Далее следуют операции проявления, гравирования травлением и осаждения.

Фотолитография, конечно, очень полезное и важное изобретение. Но она, будучи довольно дорогой, ограничена в выборе материалов и геометрических форм продукции, причем позволяет печатать только маленький по площади фрагмент в определенный момент времени, то есть для изготовления, скажем, компьютерного процессора или чипа памяти могут потребоваться десятки фотолитографических циклов. И, наконец, главный камень преткновения в век постоянной миниатюризации: размер изображений, наносимых фотолитографическим методом, ограничен дифракцией света. Правда, в начале 2006 г. IBM удалось создать линейные шаблоны с гранями шириной всего 29,9 нанометра (физическим пределом для технологий оптической литографии ранее считали 32 нм). Однако это не устраняет еще одной проблемы: фотолитография применима только для жестких кремниевых подложек, а гибкие и рельефные поверхности в качестве носителей не годятся, так как по ним не смогут равномерно распределяться световые лучи.

Возможно ли обойти все эти ограничения? Ответить на данный вопрос попыталась массачусетская компания Nano­-Terra­, представив так называемую Soft Litho­graphy.

Мягкая литография

Под термином «мягкая литография» (встречаются и такие варианты названия, как нанолитография, микроконтактная печать, нанопечать) подразумевают ряд технологий, в основе которых лежит печать и литье с целью создания микро- и наноструктур.

В шаблон (изготовленный, например, с помощью той же оптической или электроннолучевой литографии) заливается эластомер, скажем, полиуретан или силикон, а затем он отверждается с помощью теплового или УФ-облучения и снимается. Форма, с точностью до нанометра повторяющая оригинальный шаблон, готова.

Благодаря гибкости, эластичности и минимальной липкости форм «мягкая литография» подходит для нанесения изображений на различные непластичные поверхности (металлы, керамику, оксиды) практически любых конфигурации и размеров. С помощью одного шаблона можно создавать от десятков до сотен форм, а каждая из них использоваться, в свою очередь, от десятков до сотни раз. Более того, такие формы сгодятся в качестве шаблона для изготовления себе подобных – это делает процесс весьма экономичным. Важно также отметить, что их длина и ширина, при параметрах элементов «узоров» от нанометров до миллиметров, могут достигать нескольких метров.

«Мягкая литография» применима в производстве электронных схем, оптических линз, фильтрующих мембран, теплоотводов и транзисторов. А в области органической химии с помощью этой технологии можно создавать самоорганизующиеся мономолекулярные слои, электреты, кристаллы, в том числе жидкие, протеины и другие биологические соединения (ДНК, антитела), слои живых клеток и т. д.

Как видим, диапазон потенциального использования «мягкой литографии» широк – только меняй «чернила». С помощью полимерной формы-штампа можно наносить как традиционные краски, так и вещества, обладающие специальными физическими и химическими характеристиками, такими как водонепроницаемость, межмолекулярное (?) натяжение (inte­rfaci­al energy), электро- и теплопроводность, оптические свойства, прочность, жесткость и пр. А как недавно выяснилось, печатать можно и ферментами...

Биокаталитическая микроконтактная печать

Об этом заявила команда ученых из Университета Дьюка (Северная Каролина), возглавляемая Эриком Дж. Туном и Робертом Л. Кларком, опубликовав статью «Bioc­ata­lytic Micro­conta­ct Printi­ng» в издании Американской химической ассоциации (Jour­na­l of Orga­nic Chemi­stry) от 24 сентября 2007 г.

По словам изобретателей, с помощью современного способа нанопечати из-за диффузии «чернил» тяжело воспроизводить детали размером менее 100 нм (примерно в 400 раз тоньше человеческого волоса). Биокаталитическая микроконтактная печать (такое название получил новый метод) заключается в нанесении наноизображения с помощью ферментов, или энзимов, – белковых молекул, ускоряющих протекание химических реакций. Фермент буквально «выедает» предназначенный для нанесения изображения слой поверхности, не успевая расплыться по ней. В результате, как утверждают ученые, разрешение увеличивается примерно в 100 раз по сравнению с уже известными способами «мягкой литографии». Разработчики считают, что биокаталитическая микроконтактная печать поможет усовершенствовать методы производства сложных структур для микроприборов, биосенсоров и всяческих наноприспособлений.

Не без полиграфии

Но неужто все эти умопомрачительные «нанопечатные» разработки никак не скажутся на полиграфическом рынке, куда, собственно, уходят их корни? Нет, кое-что Nano­terra­ предложила и для него. «Мягкую литографию» в принципе можно использовать для защиты от подделок, печатая нечто вроде голограмм непосредственно на упаковке или на самом продукте – изогнутая поверхность не является препятствием (в то время как традиционные методы печати голограмм требуют ровной подложки).

Идея проиллюстрирована на примере металлических сфер (рис. ?), на которые с помощью деформируемой пластической формы нанесли узор в виде колец. Толщина их линий составляет от 50 до 100, а диаметр – около 500 нм. Соответственно, белый свет с длиной волны 400–800 нм, падая на поверхность такой сферы, разлагается в цветовой спектр – и в результате мы любуемся игрой радужных бликов.

Можно предположить, что «ферментная» новинка позволит заметно продвинуть разработки в этой области. И тогда не исключено, что в один прекрасный день на рынке появится печатная машина со встроенным модулем биокаталитической микроконтактной печати. А почему бы и нет?..