Un dispositivo in grado di identificare istantaneamente liquidi sconosciuti in base alla loro tensione superficiale è stato selezionato per ricevere il premio R&D 100 Award 2013, noto come "l'Oscar dell'innovazione", da R&D Magazine.

Inventato nel 2011 da un team di scienziati dei materiali e fisici applicati presso la Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard, il dispositivo "Watermark Ink" (W-INK) offre una soluzione economica, veloce, e portatile per eseguire test di controllo qualità e rilevare contaminanti liquidi.

W-INK sta nel palmo di una mano e non richiede alimentazione. Sfrutta le proprietà chimiche e ottiche di materiali precisamente nanostrutturati per distinguere i liquidi in base alla loro tensione superficiale.

I vincitori degli R&D 100 Awards sono selezionati da una giuria indipendente e dai redattori di R&D Magazine, che copre tecnologie e innovazioni all'avanguardia per ricercatori, ingegneri, ed esperti tecnici di tutto il mondo.

Ora nel loro 51° anno, gli R&D 100 Awards sono da tempo un punto di riferimento di eccellenza per settori industriali diversi come le telecomunicazioni, fisica delle alte energie, Software, produzione, e biotecnologie. R&D 100 Awards hanno identificato nuove tecnologie pionieristiche come il flashcube (1965), il bancomat (1973), la lampada alogena (1974), il fax (1975), il display a cristalli liquidi (1980), il cerotto antifumo Nicoderm (1992), Farmaco antitumorale Taxol (1993), laboratorio su un chip (1996), e HDTV (1998).

"Indicatori colorimetrici visivi, come carta pH o test di gravidanza, hanno riscosso un ampio successo commerciale perché poco costosi ed eccezionalmente facili da usare, "dice Joanna Aizenberg, che è Amy Smith Berylson Professor of Materials Science presso la Harvard SEAS e membro della Core Faculty del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering presso la Harvard University. "La nostra tecnologia W-INK amplia notevolmente questo concetto perché è in grado di rilevare qualsiasi liquido attraverso un design intelligente, opali codificati chimicamente che rivelano facili da riconoscere, modelli di colore strutturale macroscopicamente distinti dopo l'assorbimento dei liquidi."

Aizenberg afferma di immaginare un'ampia gamma di applicazioni industriali e di consumo, ad esempio, rilevare le tossine in una fuoriuscita di sostanze chimiche; testare i livelli di alcol o la qualità della benzina, zucchero o caffeina; o la creazione di semplici set e giocattoli didattici.

Il progetto era una collaborazione tra Aizenberg e Marko Lon?ar, Tiantsai Lin Professore di Ingegneria Elettrica presso SEAS.

Questa è la seconda volta consecutiva che il team di Aizenberg ha vinto un R&D 100 Award. Nel 2012, il suo gruppo di ricerca è stato riconosciuto per la loro invenzione di un materiale a bassissimo attrito chiamato SLIPS, per "scivoloso, superfici porose infuse di liquido." Ispirato alla pianta carnivora, SLIPS resiste ai liquidi, Ghiaccio, e sporco e potrebbe essere incorporato in un'ampia gamma di prodotti, dai dispositivi medici ai frigoriferi.

"Questi R&D 100 Awards sono una testimonianza del ruolo del pensiero scientifico audace e della ricerca applicata nella risoluzione delle sfide quotidiane, nel caso di W-INK, migliorare il controllo della qualità e la sicurezza, "dice Cherry A. Murray, Decano dell'Harvard SEAS, John A. e Elizabeth S. Armstrong Professore di ingegneria e scienze applicate, e Professore di Fisica. "La tecnologia W-INK si basa sulle intuizioni della chimica, scienza dei materiali, ottica, autoassemblaggio, e la nanotecnologia per creare un chip apparentemente semplice con il potenziale per avere un impatto davvero grande".

Il concetto W-INK si basa su un materiale fabbricato con precisione chiamato opale inverso, una struttura in vetro stratificato con una rete interna ordinata, pori d'aria interconnessi. Simile alla cartina tornasole utilizzata nei laboratori di chimica di tutto il mondo per rilevare il pH di un liquido, il dispositivo W-INK cambia colore quando incontra un liquido con una particolare tensione superficiale. Un singolo chip può reagire in modo diverso a un'ampia gamma di sostanze; è anche abbastanza sensibile da distinguere tra due liquidi molto strettamente correlati.

Il trattamento selettivo delle parti dell'opale inverso con sostanze chimiche vaporizzate e plasma di ossigeno crea variazioni nelle proprietà reattive dei pori e dei canali, lasciando passare un liquido escludendone altri. Quando il liquido corretto entra in un poro, il chip riflette la luce in modo diverso, producendo un cambiamento rivelatore di colore.

"È fantastico vedere che Joanna e il suo team sono stati riconosciuti ancora una volta per la loro maestria nel design bioispirato, " dice il direttore fondatore di Wyss Donald Ingber, che è anche Professore di Bioingegneria ad Harvard SEAS. "Gli effetti di luce iridescente degli opali inversi si trovano in tutta la natura, dalle ali di farfalla ai gusci di ostrica, e W-INK sfrutta questi principi di progettazione in un modo completamente nuovo, modo innovativo con rilevanza immediata per la società."

Aizenberg e Lon?ar furono affiancati nella ricerca iniziale da Ian B. Burgess (che all'epoca era uno studente di dottorato all'Harvard SEAS e ora un borsista post-dottorato presso il Wyss Institute), Lidiya Mishchenko (studentessa alla SEAS), Matthias Kolle (ricercatore postdottorato presso SEAS), e Benjamin D. Hatton (un incaricato di ricerca presso SEAS e un borsista per lo sviluppo tecnologico presso il Wyss Institute).

I vincitori degli R&D 100 Awards saranno premiati durante una cerimonia nel novembre 2013.