Исследователи IBM демонстрирует новый метод быстрой сортировки и доставки молекул
5 мая 2006
Рубрика: Новости.
Автор: .

pic

В перспективе этот метод позволит усовершенствовать процедуры медицинских анализов и технологии производства наноэлектроники

Исследователи IBM продемонстрировали новую нанометровую технологию, позволяющую не только быстро сепарировать весьма малые количества молекул, но и с прецизионной точностью доставлять их на целевую поверхность с высочайшей степенью управляемости. После окончательной доработки эта технология позволит добиться значительного прогресса в таких прикладных областях, как проведение медицинских анализов и производство.

В основе этой технологии лежит использование атомно-силового микроскопа (AFM), изобретенного 20 лет назад сотрудниками IBM, получившими за это нобелевскую премию по физике. Микроскоп AFM позволяет проводить различные процедуры нанометрового масштаба с помощью миниатюрного кронштейна с конусообразным наконечником. При воздействии электрического поля на наконечник молекулы скользят по его поверхности со скоростью, соответствующей напряженности поля. Модифицируя поверхность наконечника, а также изменяя напряженность и продолжительность воздействия электрического поля, можно отделять различные виды молекул друг от друга за несколько миллисекунд – это более чем в 1000 раз быстрее, чем при использовании существующих методов.

«В наших первых опытах мы использовали фрагменты ДНК, в одном из которых было пять спаренных оснований, а в другом – 16, – сообщил Кумар Викрамасингх (Kumar Wickramasinghe), почетный сотрудник IBM и один из создателей нескольких типов микроскопа AFM. – Электрическое поле переместило эти молекулы вдоль наконечника AFM, длина которого составляла 11,2 микрон, за 5 и 15 миллисекунд соответственно. Мы контролировали количество перемещаемого материала с точностью до 10 молекул, что подтверждает применимость нашего подхода для анализа биологических образцов крайне малого объема и «рисования» чрезвычайно малых объектов».

Новый метод описан в техническом отчете, опубликованном 1 мая 2006 г. в онлайновой версии специализированного научного издания Applied Physics Letters под названием: «Ultrafast molecule sorting and delivery by atomic force microscopy» (Сверхбыстрая сортировка и позиционирование молекул с помощью атомно-силового микроскопа). Авторами отчета являются Керем Унал (Kerem Unal), Джейн Фроммер (Jane Frommer) и Кумар Викрамасингх, сотрудники исследовательского центра IBM Almaden Research Center (штат Калифорния, США).

Ученые IBM предполагают, что созданный ими метод в свое время будет успешно применяться как минимум в двух прикладных областях. Поскольку в данном случае речь идет о миниатюризированной версии электрофореза – стандартной технологии разделения биологических молекул – новый метод позволит ускорить выполнения широкого круга задач в области молекулярного и генетического анализа – от ДНК-дактилоскопирования до обычного анализа крови.

«Такое интеллектуальное применение атомно-силового микроскопа в перспективе позволит осуществлять сверхбыстрое и сверхточное разделение молекул, – считает д-р Дэвид Гарфин (David Garfin), консультант Калифорнийского университета в Беркли и президент Американского общества электрофореза (American Electrophoresis Society). – Сегодня сепарация молекул методом электрофореза в гелевой среде или в капиллярных трубках обычно занимает от минут до часов. Будет огромным достижением, если эта, находящаяся на ранней стадии своего развития, технология сможет работать с широким диапазоном размеров молекул, осуществляя прецизионное разделение за доли секунды, как это было продемонстрировано в первых экспериментах учеными IBM».

Кроме того, большой интерес представляет также возможность с помощью этой технологии доставлять молекулы на поверхность с высочайшей точностью. Это может оказаться весьма полезным при создании будущих молекулярных электронных схем, а также литографических процедур для производства более традиционных наноэлектронных устройств. При демонстрации принципиальной возможности молекулярного напыления ученые с помощью единственного наконечника нарисовали классическую восьмиштриховую эмблему IBM линиями шириной 59-79 нанометров, состоящими из фрагментов ДНК с 5 спаренными основаниями. Эта эмблема настолько мала, что на поперечном срезе человеческого волоса поместится более 300 таких изображений.

Новая технология IBM имеет множество преимуществ по сравнению с существующими методами молекулярного осаждения с помощью микроскопа AFM, например, метода «dip-pen lithography,» при котором растворенные молекулы доставляются на целевую поверхность посредством процесса, напоминающего нанесение чернил на бумагу с помощью авторучки.

«Наш новый метод больше похож на струйный принтер, чем на авторучку, – считает Викрамасингх. – Например, мы «пишем» только при приложении электрического поля, а не все время, пока наконечник находится в контакте с поверхностью. Кроме того, мы способны контролировать скорость осаждения путем изменения напряженности электрического поля, и наша новая технология намного чувствительнее к химическим свойствам молекул и рабочей поверхности носителя записи».

IBM исследует возможности коммерческого применения этого изобретения.

Подразделение IBM Research обладает выдающимся опытом в области создания микроскопов для визуализации нанометровых объектов и проведения научных исследований. В 1986 г. Герд Биннинг (Gerd Binnig) и Хайнрих Рорер (Heinrich Rohrer), сотрудники исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе, стали лауреатами Нобелевской премии по физике «за изобретение сканирующего туннелирующего микроскопа», способного отображать отдельные атомы на электропроводящей поверхности. Кроме того, в 1986 г. Г. Биннинг изобрел атомно-силовой микроскоп AFM, который измеряет различные силы между наконечником кронштейна и отдельными элементами на неэлектропроводящей поверхности. За прошедшие годы ученые корпорации IBM и других организаций значительно модифицировали и усовершенствовали конструкцию микроскопа AFM, который теперь позволяет наблюдать различные поверхностные силы, такие как магнетизм, трение, электростатическое притяжение, с нанометровой разрешающей способностью. В 2004 г. ученые IBM смогли зафиксировать спин отдельного электрона с использованием одной из разновидностей AFM – т.н. магниторезонансного микроскопа – который был полностью разработан и построен в IBM.

Для получения дополнительной информации о подразделении IBM Research посетите Web-сайт http://www.research.ibm.com/

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В Одноклассники
ВКонтакте