Sistēma un metodes manipulāciju un analīžu veikšanai nanomērogā

Projekta vadītājs: D.Erts

Projekta rezultāti risina šobrīd molekulārajā, nanoelektronikā, bionanotehnoloģijās aktuālo problēmu veidot adresējamas nanoarhitektūras, kurās iesaistīti neorganiski materiāli un molekulāri savienojumi, īpaši ja tas veicams dažādās vidēs. Tā kā rūpnieciski ražotos atomspēku mikroskopi nav piemērojami darbībai šķidrā vidē specifisku uzdevumu veikšanai, šo iekārtu komercializācija varētu būt sekmīga.

Projekta mērķis bija, sadarbojoties LU Ķīmiskās fizikas institūtam, Ķīmijas un Bioloģijas fakultātēm, izveidot sistēmu un metodes manipulāciju un analīžu veikšanai nanomērogā, tādu kā, piemēram, bioloģiski aktīvu vielu nogādi šūnās, savākšanai no šūnām un analīzi u.c. Pirmajā projekta izpildes gadā tika izveidota jauna iekārtas nanomanipulāciju veikšanai ar bioloģiskiem objektiem bāzes versija un tika demonstrēta tās principiālā darbība. Šī iekārta in situ nodrošina precīzu zondes pārvietošanu lielos attālumos, skenēšanu, iespēju transportēt vielas šķidrumos ar elektrisko laukus palīdzību, tai ir maza izkliedētā jauda, kas nodrošina temperatūras saglabāšanu bioloģiskiem objektiem manipulāciju laikā. Temperatūras saglabāšanu nodrošina, aizvietojot rūpnieciskajos atomspēku mikroskopos tradicionāli izmantotās optiskās lāzera detektēšanas sistēmas ar detektēšanas sitēmu, kura balstīta uz rezonējošu kvarca oscilatoru.

Izveidotajā iekārtā kvarca oscilatora toņdakša it novietota uz pjezokeramikas caurulītes (precizitāte zem 1 nm) atomspēku mikroskopa operāciju veikšanai. Pjezokeramika savukārt ir novietota uz mehāniska manipulatora, lai varētu veikt pozicionēšanu milimetru skalā ar dažu mikrometru precizitāti. Visa sistēma savukārt ir novietota uz optiskā mikroskopa, kurš ir aprīkots ar fluorescentās gaismas reģistrēšanas iespējām. Tika izveidotas programmas iekārtas testēšanai. Iekārta tika pārbaudīta tuvināšanas režīmā un tika veikti testi par vielu pārnesi. Lai uzlabotu iekārtas nanomanipulāciju precizitāti un izmantošanas iespējas, par 2008. gada projekta līdzekļiem, pievienojot citu projektu līdzekļus, tika iegādāta nanomanipulēšanas iekārta ar kopējo pārvietošanas attālumu 12 mm, iespēju pārvietot pa soļiem ar garumu no 50 līdz 200 nm un precīzo pozicionēšanu ar 1 nm precizitāti. Tā kā iekārta iegādāta gada beigās, tā vēl nav izmantota darbā.

Kā viena no zondēm iekārtā tiek izmantotas mūsu ERAF projekta izpildes laikā izstrādātās Al zondes, pārklātas ar variējama diametra (20-60 nm) un biezuma nanoporainu kārtiņu. Tika izstrādāta metode šo adatu piestiprināšanai pie kvarca oscilatora un elektrisko kontaktu veidošanai. Nanoporainas zondes tiek izmantotas kā rezervuāri vielu ievietošanai (piem., nanovadi, nanocaurulītes, bioloģiski un optiski aktīvas molekulas) Tā iegūst modificētas zondes specifiskiem pielietojumiem, tādiem kā mazu tilpumu vai atsevišķu molekulu ievadīšanai un savākšanai adresējamās vietā.

Ar šo iekārus palīdzību, sadarbojoties ar Valsts pētījumu programmu materiālzinātnēs, tika demonstrēta iespēja ar izveidotajām nanoporainām zondēm pārnest vielu no vienas pozīcijas uz otru (Latvijas patenta pieteikums Nr. P-08-146)

Projekta izpildes radās arī sekojošas problēmas: 1) Finansējums tika saņemts ļoti vēlu un ir grūti motivēt cilvēkus strādāt projektā 5 mēnešus bez finansējuma; 2) izdalītie finansu līdzekļi bija mazāki par reāli nepieciešamajiem; 3) iepirkumu process LU ir kļuvis lēnāks, tāpēc praktiski neatlika laika jaunās nanomanipulācijas iekārtas pārbaudei; 4) pirmajā gadā neizdevās nodrošināt stabilu kvarca oscilatora darbu šķidrumos, jo tas prasa daudz plašākus pētījumus nekā bija ieplānots, tāpēc šos pētījumus paredzēts turpināt nākošajos projekta izpildes gados. Neskatoties uz problēmām, galvenie projekta mērķi tika sasniegti.