Der kleinste Federhalter der Welt

News: Der kleinste Federhalter der Welt

Mit einem atomaren Kraftmikroskop lassen sich Oberflächenstrukturen nachvollziehen, einzelne Moleküle oder Atome verschieben und jetzt auch mit einer Tinte Linien auf das Grundmaterial aufbringen. Neben der Möglichkeit, damit winzige Liebesbriefe zu verfassen, planen die Wissenschaftler, ihre Erfindung für ernsthafte Anwendungen auszubauen. So könnten sich mit der 'Nanofeder' chemische Sensoren auf Chips aufbringen lassen.

Atomare Kraftmikroskope haben sich in den letzten Jahren zu einem Standardinstrument in den Labors gemausert. Eine extrem feine Spitze fährt computergesteuert über die zu untersuchende Oberfläche. Wie die Nadel eines Plattenspielers nimmt sie dabei Erhebungen und Vertiefungen wahr, die über einen feedback-Mechanismus an den Rechner weitergemeldet werden. Auf dessen Monitor entsteht Spur für Spur ein Bild der abgetasteten Oberfläche. Mit dem umgekehrten Verfahren haben einige Wissenschaftler kleine Atomgrüppchen und Moleküle auf der Probe verschoben oder Rillen in das Material gezogen. Chad A. Mirkin von der Northwestern University hat mit seiner Arbeitsgruppe eine dritte Technik für das Kraftmikroskop entwickelt: Die Forscher malten Striche und Punkte mit einer chemischen Tinte auf den Untergrund (Science vom 29. Januar 1999).

Sie nutzten dazu ein eigentlich störendes Phänomen bei der Arbeit mit dem Kraftmikroskop. Die Spitze zieht nämlich Wassermoleküle aus der Luftfeuchtigkeit im Probenraum an, so daß sich an der Kontaktstelle ein winziger Wassertropfen bildet. Mirkins Team stellte fest, daß dieses Wasser ständig hin und her fließt, entweder von der Spitze zur Probe oder umgekehrt. Ihre Idee war, den Fluß zu nutzen, um andere Moleküle auf die Oberfläche zu bringen – wie bei einem Federkiel im Nanometer-Maßstab.

"Die Technik der Schreibfeder ist schon 4000 Jahre alt", sagte Mirkin. Aber "es gibt da einen kleinen Unterschied, denn unsere Tinte fließt nicht einfach direkt auf die Oberfläche, sondern bewegt sich durch das Wasser. Dieses bildet eine Nanokapillare, mit der wir eine sehr dünne Linie ziehen können."

Aus der Vielzahl der getesteten "Tinten" konzentrierten die Wissenschaftler sich schließlich auf eine ölige, Schwefel-haltige Substanz mit Namen Octadecanthiol. Der Schwefel erlaubt den Molekülen, an das "Papier" aus Goldpartikeln zu adsorbieren. Zwar sind weder Papier noch Tinte sind optimiert für die Aufgabe, die dünnstmöglichen Striche zu erlauben. Dafür lassen die Linien sich schnell vermessen und chemisch identifizieren. Den Forschern gelang es immerhin, verschiedene Muster mit Strichstärken von nur 30 Nanometern zu zeichnen.

Mirkin hat die Methode zum Patent angemeldet und erwartet, daß seine "dip-pen nanolithography" (DPN) ihren Platz neben den bestehenden Lithographie-Techniken der molekularen Elektronik und Nanotechnologie einnehmen wird. So könnten zum Beispiel gezielt Substanzen auf einen Nanochip aufgebracht werden, der als chemischer Sensor arbeiten soll.

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