Werelds kleinste huis: een 20-micrometer microstructuur

Met behulp van een scanning elektronenmicroscoop construeren wetenschappers het werelds kleinste microhuis. Het is bijna 20 micrometer lang, gebouwd op een gespleten optische vezel. Het experiment was een leuke manier om de nauwkeurigheid en flexibiliteit van µRobotex te demonstreren.

Hoe bouwden ze dit?

Ze combineerden de nano-assemblerende componenten in een vacuümkamer, en rangschikten een elektronenmicroscoop om het totale proces te observeren. Het lijkt veel op het bouwen van een grote dobbelsteen uit een stuk papier, maar vereist geavanceerde tools en technieken.

Onderzoekers gebruikten FIB [zoals schaar] om het siliciummembraan [papier] van het huis te snijden en te vormgeven. Na het vouwen van de muren naar hun gewenste locaties, gebruikten ze het gasinjectiesysteem van de FIB [bij lage stroomconfiguraties] om de randen van de structuur te fixeren.

Om de flexibiliteit en nauwkeurigheid van het systeem te demonstreren, sputterden ze zachtjes een getegeld patroon op het dak van de structuur. In dit gehele huisbouwproces moest het systeem focussen op een klein gebied van 300x300 micrometer om ionen op het siliciummembraan te vuren.

Om dit te doen, bedienden 2 ingenieurs de robot via meerdere computers. Hoewel sommige stappen al geautomatiseerd waren, hopen de onderzoekers het complete assemblageproces in de toekomst te automatiseren.

Waarom deden ze dit?

Het experiment was een leuke manier om de werking [flexibiliteit en nauwkeurigheid] van µRobotex te demonstreren – een platform om microscopische structuren te karakteriseren en micro-te-assembleren met afmetingen kleiner dan 10 micrometer. Het doel is om wetenschappers in micro- en nanotechnologieën voor tezien van geavanceerde, competitieve apparatuur op internationaal niveau.

Met behulp van het µRobotex-systeem kunnen ingenieurs gefunctionaliseerde microstructuren construeren om specifieke moleculen te identificeren door hun eigen microstructuren op optische vezels te plaatsen. Deze vezels zouden dan in onbereikbare of moeilijk bereikbare gebieden geïnsereerd kunnen worden, zoals bloedvaten om doelwitmoleculen te detecteren.

Daarnaast tonen de experimentele resultaten aan dat het integreren van micro-robot met SEM-vacuümkamer de middelen biedt om het bereik van schone-ruimte faciliteiten uit te breiden om driedimensionale microstructuren met verschillende materialen te construeren.

Onderzoekers stelden ook een nieuw mechanisme voor om verschillende typen optische functies voor lichtopvanging te produceren, gebaseerd op nano-fotonische kristallen, roosters, antennen, koolstofnanobuizen, 3D-biosensoren met origami, etc.

Momenteel werken de wetenschappers aan het verder verbeteren van het systeem; ze willen kleinere structuren bouwen en deze fixeren op koolstofnanobuizen, zo klein als 10 nanometer in straal.