Etikettarkiv: NanoLund

Nanotrådar för framtidens produkter

Ivan Maximov, docent i fysik vid Avdelningen för Fasta tillståndets fysik. Foto: Jan Nordén
Ivan Maximov, docent i fysik vid Avdelningen för Fasta tillståndets fysik. Foto: Jan Nordén

Nanostrukturer är inte bara mycket mindre än andra strukturer. De har också unika egenskaper som möjliggör många av framtidens högteknologiska produkter. På Lunds universitet görs världsledande forskning för att ta nanotekniken närmare möjliga industriella tillämpningar.

En viktig del är nanotrådar. Dessa är mycket små halvledarstavar, som har unika optiska och elektroniska egenskaper. De kan exempelvis användas för framtidens snabba och energieffektiva transistorer, lysdioder och solceller. Ett problem med dagens teknik för att framställa nanotrådar, som är baserad på elektronstrålelitografi, är att den är mycket långsam och dyr.

Storskalig tillverkning
Ivan Maximov, docent i fysik vid Avdelningen för Fasta tillståndets fysik och koordinator för Exploratory Nanotechnology inom NanoLund, forskar om att vidareutveckla och förbättra en annan teknik för att snabbt, kostnadseffektivt och storskaligt tillverka nanotrådar – Nanoimprint Lithography (NIL).
– Det är en i grunden enkel teknik, som är mycket lovande för nanotrådar. Den är enormt snabb, ger mycket hög upplösning och lämpar sig väldigt väl för massproduktion och industriell användning, förklarar han.
Förenklat går NIL ut på att överföra mönster till en halvledarskiva, kallad substrat, med en slags stämpel. Genom att placera en nanostrukturerad metall- eller kisel-stämpel i ett plastlager som ligger på substratet kan man med hjälp av värme och tryck göra avtryck i plasten. Detta kan upprepas tusentals gånger. Sedan överförs mönstret från plasten till det aktuella substratet.
– Ett huvudfokus för vår forskning är stämpeltillverkning. Stämpeln är nyckeln, som bestämmer upplösning och andra egenskaper i den färdiga enheten, berättar Ivan Maximov.

Goda resultat
Projektet, som finansieras av SSF, börjar komma till sitt slut. Ivan Maximov är mycket nöjd med resultaten.
– Vi har skapat hårdvara i form av infrastruktur, maskiner och verktygslåda samt formulerat protokoll för stämpeltillverkning. Sedan har vi framgångsrikt utformat metoder för att flytta över mönstret från stämpeln till polymeren och vidare till substratet med upplösning bättre än 20 nm. Flera företag är intresserade av att kommersialisera teknologin, berättar han.
NanoLund vid Lunds universitet är en hubb för avancerad nanoforskning, från grundforskning till applikation och kommersialisering. En viktig del av Ivan Maximovs arbete är att undervisa studenter i kursen ”Avancerad framställning av nanostrukturer”.
– Jag har studenter som gått vidare och doktorerat inom nanovetenskap, vilket är väldigt roligt. Detta är ett enormt brett och viktigt fält, där framtidens produkter skapas, ned till atomnivå.

Lunds universitet – Nanotrådar

Projektet ”Utveckling av nanoimprint infrastruktur” vid NanoLund leds av Ivan Maximov och syftar till att vidareutveckla NIL-teknologi och infrastruktur för storskalig tillverkning av nanotrådar. Dessa kan sedan användas i en rad tillämpningar inom bland annat elektronik, optik och grön energi. NanoLund vid Lunds universitet har som mål att utveckla nanovetenskap och nanoteknik för att lösa stora samhällsutmaningar såsom:

  • ett samhälle baserat på förnybar energi
  • utveckling av framtidens IT
  • nya diagnostikverktyg för sjukvården
  • att främja en svensk nanomaterialbaserad produktionsindustri

www.lu.se

Nanotekniken öppnar nya dörrar

Christelle Prinz, professor i biofysik på avdelningen för Fasta tillståndets fysik och NanoLund vid Lunds universitet. Foto: Jan Nordén
Christelle Prinz, professor i biofysik på avdelningen för Fasta tillståndets fysik och NanoLund vid Lunds universitet. Foto: Jan Nordén

Utvecklingen av nanoteknik har gått snabbt, dock är det först nu den på allvar börjar ses som en stor tillgång inom andra forskningsområden. Vid Lunds universitet utnyttjas nanorör för att utveckla nya sätt att exempelvis föra in biomolekyler i stamceller med hög effektivitet.

Christelle Prinz är professor i biofysik på avdelningen för Fasta tillståndets fysik och NanoLund vid Lunds universitet och har jobbat under många år med att utveckla nanoteknik.
– För 15-20 år sedan var det vi själva som drev på forskningen inom nanoteknik. Men nu kommer alltfler förfrågningar från andra forskningsområden som ser reella möjligheter att använda nanotekniken inom sina områden, berättar hon.
Nanotekniken kan ha en avgörande inverkan som nytt forskningsverktyg i exempelvis medicinska laboratorier för exakt manipulation av cellinnehåll och genom.

Spännande projekt
Tillsammans med sina kollegor Charlotte Ling, Jonas Larsson och Martin Hjort vid den medicinska fakulteten, driver hon ett större projekt finansierat av SSF, ”Utveckling av nanoinjektionsnålar för genetisk och epigenetisk modifiering av stamceller” som ska möjliggöra korrigering av defekter i den genetiska koden utan att skada cellen.
– Projektet kommer att inriktas på två banbrytande tillämpningar: (i) genetisk redigering av blodstamceller för genterapi och (ii) epigenetisk redigering av stamceller för att göra om dem till till exempel muskelceller (för ökat glukosupptag) och insulin-utsöndrande β-celler för utveckling av typ 2-diabetes-behandling.
På lång sikt förväntar de sig att projektet kommer att adressera flera industriella och samhälleliga behov genom att öppna för nya vägar inom terapi för flera olika typer av sjukdomar.

Ökar effektiviteten
En av de större utmaningarna har varit hur de kan ta sig igenom cellmembranet, som är otroligt svårt att penetrera utan att döda cellen.
– Vår lösning är att använda mycket lokala elektriska fält vilket försvagar membranet tillräckligt för att våra nanorör ska kunna ta sig igenom. Det elektriska fältet använder vi sedan även för att driva in molekyler i cellen.
Fördelarna med att använda nanorör för transporter av molekyler, som DNA och arvsmassa, in i cellerna är att de skonar cellerna. De tekniker som används idag, exempelvis att använda så kallad elektroporering, innebär ofta att cellerna dör.
– Det gör att de metoderna har en mycket låg effektivitet, med nanorören höjs effektiviteten betydligt, avslutar Christelle Prinz.

LU – Nanoteknik

NanoLund är ett starkt forskningsområde vid Lunds universitet som samlar 55 forskargrupper från olika discipliner med ett gemensamt intresse i nanoteknologi. Det är Sveriges största forskningsmiljö för nanovetenskap och nanoteknologi.

www.nano.lu.se

nCHREM:s nya supermikroskop redo att tas i bruk

De båda professorerna Reine Wallenberg och Kimberly Thelander ser fram emot att börja använda det nya supermikroskopet vid Kemicentrum i Lund. Foto: Jonas Andersson
De båda professorerna Reine Wallenberg och Kimberly Thelander ser fram emot att börja använda det nya supermikroskopet vid Kemicentrum i Lund. Foto: Jonas Andersson
Världens mest moderna och allsidiga in-situ-elektronmikroskop är redo att tas i bruk vid Kemi­centrum i Lund.
– Nu kan vi göra experiment inne i mikroskopet och på kort tid få information som tidigare tagit flera månader att få fram, säger Reine Wallenberg, centrumledare på nCHREM.

nCHREM, nationella centret för högupplösande elektronmikroskopi startade redan 1987 med hjälp av en donation från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse. Tio år senare kom forskning kring nanotrådar in i bilden och resten är vad man brukar kalla för historia. nCHREM utvecklades, tillsammans med Nano­Lund på fasta tillståndets fysik i Lund, på bara några år till ett av världens ledande forskningscentrum inom området, en tätplats som centret har behållit sedan dess.
Inom NanoLund har bland annat utvecklats en egen tillverkningsmetod där nanotrådar kan byggas medan de flyger i en gasström.
– Ett problem har varit att vi inte exakt vet hur trådarna byggs upp. Detta mikroskop kan ge oss den sista pusselbiten, säger Reine Wallenberg, professor i fasta tillståndets kemi.

Nätverk
Med hjälp av den nya maskinen kan forskarna följa hur atomer i olika material reagerar med gaser, och på så sätt se hur halvledarkristaller växer fram i realtid.
– Själva processen tar en sekund, under den tiden ska 47 miljoner atomer hitta sin exakta plats, det är hisnande. Genom att dra ner på gaserna kan vi sänka hastigheten och följa hela processen via våra skärmar.
I förlängningen kommer nanoforskningen vid det nya mikroskopet att kunna leda till en förbättrad typ av LED-lampor, elektroder som används vid hjärnkirurgiska ingrepp, solceller och transistorer för snabbare och energisnålare elektronik.
– Om fem år räknar jag med att vi vet exakt hur en nanotråd växer och hur olika parametrar påverkar processen, vilket direkt kan appliceras i avknoppningsföretag så att de kommer industrin till nytta.
Ett parallellt arbete handlar om att skapa en infrastruktur för att göra mikroskopet tillgängligt både nationellt och internationellt.
– Vi har bland annat skapat ARTEMI (Atomic Resolution TEM Infrastructure of Sweden), ett nätverk som syftar till att dels koordinera specialiserade mikroskopiplattformar på universiteten i Lund, Linköping, Uppsala, Stockholm och Göteborg, dels ge intressenter från industrin en gemensam ingång till dessa resurser, avslutar Reine Wallenberg.


Axel Persson, doktorand och Dr Crispin Hetherington är verksamma inom nCHREM.
Axel Persson, doktorand och Dr Crispin Hetherington är verksamma inom nCHREM.
nCHREM
Knut och Alice Wallenbergs stiftelse har donerat 31 miljoner kronor till Kemicentrums nya mikroskop som ger betraktaren inblick i hur atomer i olika material reagerar med exempelvis gaser i realtid – till gagn för bättre och mer precist utformade material. Mikroskopet är ett av de kraftfullaste i världen med en upplösning ner under en Ångström.

nCHREM
Kemicentrum
Box 124
221 00 Lund
Tel: 046-222 82 33
www.lu.se

www.lu.se