Ученые из США создали новый тип позиционирующего устройства, которое может с успехом использоваться в области исследования биомолекул и конструировании наноразмерных объектов. С развитием нано-привода comb drive точность нанотехнологий поднимется еще на один уровень.

Группа исследователей из Центра Нанотехнологий Бирка Университета Пэрдью (Birck Nanotechnology Center, Purdue University) считает, что новое устройство может помочь в создании компьютерных жестких дисков для хранения информации.

Профессор Джейсон Вогх Кларк (Jason Vaughn Clark), разработавший архитектуру устройства, говорит, что наноманипулятор также может точно измерять силы, приложенные на него. Более того, он может работать в жидкой среде, что очень важно для исследования биологических объектов – вирусов и молекул. При этом технология позволяет располагать несколько нано-сенсоров на одном чипе, что существенно повысит производительность будущих «лабораторий-на-чипе» для быстрых биологических анализов.

Рис. 1. Схематическое изображение наноманипулятора

Еще одна область применения устройства – в молекулярном производстве и наноробототехнике, где точные наноманипуляторы – вещь необходимая и востребованная.

Итак, нано-привод comb drive состоит из двух секций с так называемыми «переплетенными пальцами» – двумя гребенками, расположенными независимо друг от друга так, что их «зубья» входят в зацепление. Если на нано-привод подается напряжение, гребенки начинают двигаться относительно друг друга, и пинцет, сформированный ими, тоже приходит в движение.

Если же напряжение снимается, то манипулятор возвращается в первоначальное состояние благодаря встроенному пружинному механизму.

В отличие от традиционных пьезо-актюаторов подобного типа новый comb drive более гибок – его манипуляторы-«пальцы» могут перемещаться в двух направлениях. При этом ход самого актюатора очень велик – он может достигать ста микрон.

Как утверждает Кларк, высокая прецизионность наноманипулятора существенно снижает тепловые вибрации, влияющие на погрешность измерения. Разрешение наноманипулятора достигает 20 нанометров. Биологические образцы именно такого размера участвовали в контрольных экспериментах.

Рис. 2. Зацепление гребенок-актюаторов

Напомним, что 20 нанометров – это размер около 200 атомов, выстроенных в ряд. Для микроскопии, естественно, разрешение достаточно грубое и недопустимое, но для точного манипулирования биологическими объектами или строительными блоками наномашин – уже достаточное.

В качестве сенсора comb drive работает наоборот – силы, приложенные к пальцам-манипуляторам, сдвигают зацепленные гребенки, что приводит к изменению их электрической емкости, а это просто пронаблюдать и зафиксировать управляющими приборами. Для создания манипулятора Кларк и его коллеги использовали математическое моделирование.

Размер всего устройства в сборе – менее одного миллиметра, а отдельные движущиеся части и того меньше – около трех микрон.

Работа ученых – первый серьезный шаг к созданию высокоточных наноманипуляторов, способных взаимодействовать с объектами размерами от 2 до 10 нанометров.

Как говорит Кларк, устройство настолько гибко в управлении, что его можно использовать для дальнейшей миниатюризации наноманипуляторов подобного типа, а это значит, что появление программируемого наноманипулятора, способного выполнять механосинтетические функции, не за горами.

Свидиненко Юрий