(PhysOrg.com) -- Una semplice tecnica per imprimere modelli invisibili all'occhio umano su una classe speciale di nanomateriali fornisce un nuovo, modo conveniente per produrre nuovi dispositivi in ​​aree che vanno dalla somministrazione di farmaci alle celle solari.

La tecnica è stata sviluppata dagli ingegneri della Vanderbilt University e descritta nell'articolo di copertina del numero di maggio della rivista Nano lettere .

Il nuovo metodo lavora con materiali crivellati da minuscoli vuoti che conferiscono loro un'ottica unica, elettrico, proprietà chimiche e meccaniche. Immagina un rigido, materiale spugnoso pieno di fori troppo piccoli per essere visti senza un microscopio speciale.

Per un certo numero di anni, gli scienziati hanno studiato l'uso di questi materiali, chiamati nanomateriali porosi, per un'ampia gamma di applicazioni, tra cui la somministrazione di farmaci, sensori chimici e biologici, celle solari ed elettrodi della batteria. Ci sono forme nanoporose di oro, silicio, allumina, e ossido di titanio, tra gli altri.

Stampaggio semplice

Uno dei principali ostacoli all'utilizzo dei materiali è stata la complessità e il costo della lavorazione necessaria per trasformarli in dispositivi.

Ora, Professore Associato di Ingegneria Elettrica Sharon M. Weiss e i suoi colleghi hanno sviluppato un rapido, processo di stampa a basso costo che può eliminare una varietà di nanodispositivi da questi materiali intriganti.

“È incredibile quanto sia facile. Abbiamo fatto la nostra prima impronta utilizzando una normale morsa da tavolo, "Ha detto Weiss. "E la risoluzione è sorprendentemente buona."

Le strategie tradizionali utilizzate per realizzare dispositivi con materiali nanoporosi si basano sul processo utilizzato per realizzare i chip dei computer. Questo deve essere fatto in una camera bianca speciale e comporta la verniciatura della superficie con un materiale speciale chiamato resist, esporlo alla luce ultravioletta o scansionare la superficie con un raggio di elettroni per creare il modello desiderato e quindi applicare una serie di trattamenti chimici per incidere la superficie o depositare nuovo materiale. Più complicato è il modello, più tempo ci vuole per fare.

Circa due anni fa, Weiss ha avuto l'idea di creare timbri pre-masterizzati utilizzando il processo complesso e quindi utilizzare i timbri per creare i dispositivi. Weiss chiama il nuovo approccio imprinting diretto di substrati porosi (DIPS). DIPS può creare un dispositivo in meno di un minuto, indipendentemente dalla sua complessità. Finora, il suo gruppo riferisce di aver utilizzato francobolli master più di 20 volte senza alcun segno di deterioramento.

Il processo può produrre modelli su scala nanometrica

Il modello più piccolo che Weiss e i suoi colleghi hanno realizzato fino ad oggi ha caratteristiche di poche decine di nanometri, che è circa la dimensione di una singola molecola di acido grasso. Sono anche riusciti a imprimere il modello più piccolo mai riportato nell'oro nanoporoso, uno con caratteristiche di 70 nanometri.

Il primo dispositivo realizzato dal gruppo è un biosensore "basato sulla diffrazione" che può essere configurato per identificare una varietà di diverse molecole organiche, compreso il DNA, proteine ​​e virus. Il dispositivo è costituito da un reticolo in silicio poroso trattato in modo che una molecola bersaglio vi aderisca. Il sensore viene esposto a un liquido che potrebbe contenere la molecola bersaglio e quindi viene risciacquato. Se il bersaglio era presente, poi alcune molecole si attaccano al reticolo e alterano il modello di luce riflessa prodotta quando il reticolo viene illuminato con un laser.

Secondo l'analisi dei ricercatori, quando un tale biosensore è realizzato in silicio nanoporoso è più sensibile di quelli realizzati in silicio ordinario.

Il gruppo Weiss ha collaborato con i colleghi dell'ingegneria chimica e biomolecolare per utilizzare la nuova tecnica per realizzare sensori chimici con nanomodelli che sono dieci volte più sensibili di un altro tipo di sensore chimico commerciale chiamato Klarite che è alla base di un mercato multimilionario.

I ricercatori hanno anche dimostrato di poter utilizzare i timbri per creare microparticelle dalla forma precisa mediante un processo chiamato "sovrastampaggio" che essenzialmente taglia lo strato nanoporoso per liberare le particelle dal substrato. Una possibile applicazione per le microparticelle realizzate in questo modo dal silicio nanoporoso sono come anodi nelle batterie agli ioni di litio, che potrebbero aumentare significativamente la loro capacità senza aggiungere molto peso.

La Vanderbilt University ha richiesto un brevetto sul metodo DIPS.