Микроорганизмы – хороший материал для создания наноструктур?

Одноклеточные водоросли, так называемые диатомовые, или кремниевые водоросли,
живут в воде и конструируют себе панцири из кварца, перерабатывая пищу и
используя энергию солнечного света. Они умеют принимать огромное количество
разных форм – от простых геометрических фигур, таких как треугольник или
квадрат, до объемных сложно организованных структур с сотнями отдельных
отверстий. В природе известно уже более 100000 видов диатомовых водорослей.
Некоторые из них имеют отростки длиной в десятки нанометров (10^-9
метра), что не мешает им быстро размножаться путем деления пополам.



Кеннет Сандаге из Технологического Института в Джорджии и его коллеги
надеются использовать эту энциклопедию наноструктур для разработки хитроумных
компонентов электронных схем.



Если их исследования пройдут успешно, новая 3D-электроника может стать более
технологичной и мощной заменой современным микросхемам. На сегодняшний день
производство объемной электронной схемы обычным методом литографии представляет
собой очень трудоемких процесс. Создание объемный схемы происходит послойно: в
каждом слое микронной толщины (10^-6 метра) вытравливают
ультрафиолетом нужную форму, потом он проходит химическую обработку для удаления
лишнего материала, и подобную процедуру приходится повторять несколько раз - для
последовательных слоев.



Сандаге и его сотрудники подробно продумали несколько способов превращения
кварца панцирей диатомовых водорослей в другие материалы, которые могут быть
применимы в электронике, такие как, например, диоксид титана, который хорошо
проводит электрический ток.



Присущая природе удивительная способность строить сложные объекты не раз уже
эксплуатировалась человеком для создания наноструктур. Так, например,
производство очень тонкой серебренной проволоки использовало цепи из аминокислот
в качестве основы. А для получения, скажем, href="http://www.cbio.ru/v5/modules/news/article.php?storyid=1629">нанопроволок пробуют
использовать вирусы. Но технология воссоздания таких сложных форм, как
оболочка водорослей, еще никем не разрабатывалась.



Ученые описали два метода изменения химического состава панцирей. В первом
методе кварцевую оболочку помещают в пары металла при температуре 900
^oC. После этой процедуры панцирь диатомовых сохраняет свою форму, но
перестает быть кварцевым. Он может состоять из оксида магния, например, или
диоксида титана. Второй метод состоит в покрывании микроорганизмов специальным
составом и последующем растворении кварца под новой оболочкой. Этот метод
используется для создания структур из циркония. Комбинируя обе техники,
исследователи научились делать наноструктуры из титаната бария.






В будущем, с более глубоким пониманием генетики диатомовых, возможно, станет
реальным управлять синтезом их панцирей и создавать любые наноструктуры, которые
потом легко перевести в пригодный для электроники материал. Геном одного вида
диатомовых водорослей - Thalassiosira pseudonana – был расшифрован в октябре
2004 г. международным коллективом ученых, и некоторые эксперты считают, что
только несколько генов отвечают за огромное разнообразие форм панциря
водорослей.



Марк Уелланд, директор лаборатории наноразмерных исследований Университета в
Кэмбрижде, Великобритания, в интервью журналу New Scientist назвал этот подход к
созданию нано- и микрообъектов многообещающим. Но более перспективным, по его
мнению, будет использование модифицированных водорослей в батареях и
катализаторах из-за большой площади их поверхности и маленьких пор, которые
могут работать в качестве фильтра. К идеи же использования водорослей как
деталей электронной схемы он отнесся скептически.



Источник: href="http://www.newscientist.com/channel/mech-tech/nanotechnology/dn8105">New
Scientist

М.Ахманова, www.scientific.ru