Одним из актуальных направлений нанотехнологии является создание микроманипуляторов. Японские ученые создали управляемые лазерным лучом микропинцеты и микроиглы для работы в жидких средах.

Рис. 1. Микропинцет.

Потребности динамично развивающейся нанотехнологии обуславливают необходимость создания устройств для работы с микро- и нанообъектами. Уже появились наноманипуляторы из углеродных нанотрубок, наноиглы, различного рода нанопинцеты для захвата и перемещения кластеров и наночастиц, для электрических измерений наноприборов. Принцип их работы основан на электростатических силах, поэтому они не могут работать в жидких средах, и неудобны для работы с живыми организмами. Но есть возможность работать и в таких условиях.

Мы уже писали про возможность создания микрообъектов требуемой формы путем полимеризации клейкой массы. Недавно с помощью подобного метода двухфотонной микростереолитографии исследователи из университета в Нагойе изготовили пинцет и иглу. Ученые использовали титан-сапфировый лазер (l = 763 нм, длительностью импульс 130 фс, частотой повторения 8 МГц); cначала неподвижную ось и ограничители полимеризовали круговым сканированием лазерного пучка со снижением фокальной плоскости. Затем формировали кольцевую часть ножки пинцета, саму ножку - наращиванием дуг с увеличением радиуса и, наконец, субмикронный наконечник – ряд точек (рис. 1). В процессе полимеризации детали плавают в смоле, вязкость которой удерживает их на месте. Длина наконечников пинцета 1.8 мкм, диаметр - 250 мкм, а время их наращивания - 6 мин.

Пинцет приводился в движение с помощью этого же лазера, работающего в режиме непрерывной генерации. В первом варианте одна ножка пинцета была объединена с осью, вторая захватывалась фокусом лазера и передвигалась вместе с ним. В отличие от электростатического пинцета, быстро смыкающегося при достижении порогового напряжения, движение ножки пинцета точно контролируется заданным положением фокуса на всей траектории. Точность установки положения пинцета - около 15 нм, а удерживающее усилие пинцета регулируется при перемещении фокуса вдоль ножки.

Рис. 2. a - изображение микроиглы, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии; b - схема "лазерного привода".

Исследователи пробовали изготовлять микромеханизмы с большей свободой перемещения одним сфокусированым лучом. На рис. 2 показано изображение микроиглы с двумя степенями свободы и схема "лазерного привода". Ученые опробовали два вида движения иглы - линейное перемещение на 6.8 мкм и вращение со скоростью 34 об/мин при мощности лазера 200 мВт. Была экспериментально установлена пропорциональность скоростей линейного и вращательного движения иглы мощности лазера. С помощью подобной иглы было продемонстрировано насаживание микрочастицы на острие и ее перемещение в жидкости. Японские исследователи планируют совмещение описанных манипуляторов с трехмерными полимерными микрожидкостными системами для применения их в бионанотехнологии, например, в аппаратурe для нанохирургии живых клеток и в системах наноанализа на одиночных молекулах.

Источник информации - бюллетень ПерсТ, выпуск 5 за 2003 г.

Е.Онищенко.