ورود قلم‌های نانویی به صنعت چاپ

جدا از پیشرفت‌هایی که تاکنون در حوزه فناوری‌های چاپ و نانو صورت گرفته، به‌تازگی شاهد معرفی روش نوینی در این حوزه هستیم که به اعتقاد کارشناسان می‌تواند نوشتن فصل جدیدی در فناوری چاپ از نوع نانویی‌اش را رقم بزند. ماجرای این دستاورد نانویی از این قرار است که محققان موفق به ارائه روش نوینی برای نانو ساختارهای چاپ شده‌اند که طی آن با بهره‌گیری از نوک قلم‌های تیز و سختی که بر روی بستر پلیمری نرمی با سرعت جهندگی بالا شناورند، می‌توان از این پس با هزینه کمتری به تولید طرح و نقش‌های پرکیفیت و با تراکم و وضوح بالا در حوزه چاپ دست زد. با این روش تکنیک جدید می‌تواند فرآیند چاپ الگوهای اولیه یا همان نمونه‌سازی سریع ادوات و ساختارهای نانو مقیاس را چنان کم خرج کند که نوک‌های چاپ یا همان هدهای چاپ را می‌شود هر زمان که کار انجام شد، داخل سطل آشغال پرتاب کرد.

فناوری چاپ لیتوگرافی با نوک سخت و جهندگی نرم (HSL) که روش بهتری از فن لیتوگرافی پویش اسکنری به لحاظ کیفیت وضوح بالایش، و همچنین راه بهتری در فن لیتوگرافی قلم پلیمری به لحاظ هزینه پایین و اجرای آسانش را به نمایش می‌گذارد، می‌تواند زمینه کاربردهای مطلوبی را در حوزه‌هایی همچون الکترونیک (مثل مدارهای الکترونیکی)، حوزه تشخیص پزشکی (مثل تراشه‌های ژنی و ارائه‌های زیست ملکولی) و حوزه داروسازی (مثل ارائه‌هایی موردنیاز برای غربال کردن و گزینش نامزدهای دارویی) فراهم آورد. در همین خصوص، محققان مهندسی شیمی، زیست پزشکی و علم مواد دانشگاه نورث وسترن که این کار قابل توجه را هدایت و اجرا کرده‌اند، در معرفی این فناوری نوین چاپ، توصیف جالبی به کار می‌برند و معتقدند لیتوگرافی کلاس HSL برای صنعت چاپ لیتوگرافی اسکنری، حکم همان چیزی را دارد که تیغ‌های صورت‌تراشی مصرف شده برای صنعت تیغ‌سازی دارند. در حقیقت این پیشرفت گام روبه جلوی عمده‌ای در راستای تحقق ساخت و تولید رومیزی محسوب می‌شود که برای محققان دانشگاهی و صنعتی امکان ارائه و مطالعه الگوها و نمونه‌های اولیه نانو ساختار را در همان زمان اجرای برنامه و بدون نیاز به توقف و ریزش‌های متداول پیش تولید فراهم خواهد کرد.

نتایج این تحقیق که در نشریه Nature منتشر شده است، برتری این روش نوین چاپ را با نیم نگاهی به اعداد و ارقام مربوط به کیفیت آشکارسازی تصاویر چاپی نشان می‌دهد.

محققان برای به نمایش گذاشتن و اثبات توانمندی و قابلیت‌های این روش، تمرینی را با اسکناس یک دلاری انجام دادند و نقش هرم روی آن و عبارات اطرافش را تکثیر کردند. این تکثیر با نرخ تقریبا 19 هزار بار در 885 میلیون نقطه در هر اینچ مربع صورت گرفت. به این ترتیب هر تصویر شامل 6982 نقطه می‌شد و این تمرین وضوح مقیاس‌پذیری زیر 50 نانومتری این روش نوین را مشخص کرد. این توانمندی در حالی است که بدانیم روش‌های میکرو و نانو لیتوگرافیکی برای خلق الگوها و همچنین معماری و طراحی سطح مواد در مقیاسی خرد مورد استفاده واقع می‌شود. البته در حالی که لیتوگرافی پویشگر اسکنری با آن وضوح تصویری بالا و دقت ثبتش، در حال حاضر یک روش موردپسند و عمومیت یافته برای ساختن نانو ساختارها محسوب می‌شود، اما این روش برای مقیاس‌بندی و تولید نسخه‌های کپی متعدد از یک دستگاه یا ساختار در هزینه‌های پایین، روش دشواری نشان می‌دهد. کارشناسان می‌گویند لیتوگرافی‌های کلاس اسکنری، نوعا به استفاده از اهرم‌های پایه یا همان سگدست‌ها به عنوان مولفه‌های دستگاه چاپ متکی هستند. این در حالی است که سگدست‌ها که اهرم‌های نوک‌دار میکروسکوپی هستند و نوعا برای رسوب دادن مواد بر روی سطوح طی یک آزمایش چاپ به‌کار می‌روند، برای اجرا در آزمایش‌های چیدمان محور بسیار شکننده، گران، دردسرساز و دشوار هستند.

اما در تشریح مکانیسم کارکرد این فناوری جدید باید گفت لیتوگرافی مبتنی بر نوک تیز و جهندگی نرم از یک بستر تقویتی پلیمری نرم سود می‌جوید که کار پشتیبانی از نوک‌های سیلیکونی تیز را به عنوان هدهای چاپ دستگاه برعهده دارد. این پلیمر جهنده تقویتی، امکان تماس یافتن تمامی نوک‌های چاپ را با سطح کار به شیوه‌ای یکنواخت فراهم می‌کند و نیاز به کاربرد سگدست‌ها یا همان اهرم‌های مرسوم چاپ را برطرف می‌سازد. در این روش، نوک‌های تیز اساسا بر روی بستر فنری پلیمری نرمی شناورند که هم اجازه انتقال مواد و هم انرژی را به روی یک سطح می‌دهد. به این ترتیب فناوری چاپHSL روشی را مطرح می‌کند که قادر است به صورت بسیار سریع و کم‌هزینه‌، به تولید الگوهایی با کیفیت بالا، وضوح و تراکم بالا بینجامد.

این روش نوین چاپ، تحسین و توجه سایر محققان را نیز برانگیخته است به طوری که از آن با عنوان توسعه بسیار هیجان‌انگیز یاد کرده‌اند. محققانی که نتایج این پژوهش را دنبال کرده‌اند معتقدند، این پیشرفت قابل توجه در کوتاه مدت نتایج فوق‌العاده سودمندی در علوم زیستی بویژه برای مرحله گذار و تغییر از قالب‌بندی میکرو چیدمان‌های سنتی به قالب‌بندی نانو چیدمان‌ها و از جمله برای تراشه‌های ژنی و پروتئینی در برخواهد داشت.