ИННОВАЦИИ: Игла-самокрутка
Сдавать анализ крови довольно больно и неприятно. Еще бы, тыкают в тебя какой-то острой железякой. А вот комариный укус подчас просто не замечаешь: хоботок-то у комара совсем тоненький, всего 30 микрон в диаметре. Хорошо бы и для анализа крови использовать похожую иголку - тонкую и в то же время прочную. Тогда процедура была бы практически безболезненной.
Кто, однако, проделает столь тонкую дырку в длинной игле? А может быть, не надо делать дырку? Что если свернуть тонкую трубку? Посмотрим на бересту. Кто сворачивает ее в ровные аккуратные трубочки? А никто - она сворачивается сама под действием механического напряжения. Береста состоит из нескольких слоев, и верхние ее слои на березе растянуты сильнее, чем нижние. Поэтому, когда бересту снимают, верхние слои сжимаются сильнее, и весь кусок скручивается в трубку.
Нельзя ли и совсем тонкие трубочки делать так же - не собирать из отдельных атомов, а скрутить из плоского слоя, как ковер? Именно эту идею предложили и реализовали ученые из Института физики полупроводников РАН (Новосибирск). Они разработали способ получения трубок заранее заданных размеров из полупроводников или металла, в основе которого тот же принцип - самопроизвольное сворачивание напряженной пленочной гетероструктуры под действием механического напряжения.
Что это означает на практике? На подложке (например, из фосфата индия) выращивают так называемый жертвенный слой из арсенида алюминия, а на нем, в свою очередь, еще два полупроводниковых слоя - сначала из арсенида индия, а на нем - из арсенида галлия. То, что все эти материалы - полупроводники, в данном случае не важно. Важно другое - это кристаллы, а кристаллические решетки у них похожи, только расстояние между атомами в верхнем слое меньше, чем расстояние между атомами внутри слоя, лежащего под ним.
Итак, сначала выращивают такой "четырехэтажный сэндвич". Потом наносят перфорацию - пробивают электронным лучом и вытравливают дырочки по периметру, получая прямоугольник нужной длины (это будет длина трубочки) и ширины (когда трубочка завернется, это определит ее диаметр). Если нужно оставить трубочку на подложке, чтобы с ней потом было проще работать, по одной стороне прямоугольника дырочки пробивают не до конца. Затем следует процедура селективного травления - конструкцию опускают в слабый раствор плавиковой кислоты, где жертвенный слой растворяется, а все остальные - нет.
В результате там, где жертвенный слой удален, гетероструктура, образованная двумя верхними слоями, освобождается от связи с подложкой и под действием механического напряжения сворачивается, как береста, в тонкую длинную трубку. Ее диаметр зависит от разницы в параметрах кристаллических решеток двух верхних слоев и их толщины. Авторам удалось делать трубочки от 2 нанометров толщиной, а в длину - до нескольких сантиметров при толщине стенок от 0,5 до 100 нм.
Зачем нужны такие трубочки? По мнению одного из авторов работы Александра Принца, из таких трубочек можно делать микроиглы - для микроинъекций, в том числе прямо в биологические клетки, для микрохирургии, для отбора и анализа сверхмалых количеств жидкости - до 10 - 18 л. Ведь такие иглы обладают уникальными свойствами - фактически они представляют собой полые монокристаллы со строго воспроизводимыми размерами с атомарно гладкими стенками, ровными и прочными.