(Phys.org) — Gli ingegneri della Tufts University hanno dimostrato che è possibile generare nanostrutture dalla seta in un processo ecologico che utilizza l'acqua come agente di sviluppo e tecniche di fabbricazione standard. Questo approccio fornisce un'alternativa ecologica ai materiali tossici comunemente usati nella nanofabbricazione, offrendo una qualità di fabbricazione paragonabile ai polimeri sintetici convenzionali. La nanofabbricazione è al centro della produzione di semiconduttori e altri dispositivi elettronici e fotonici.

Il documento che descrive questo lavoro, "Tutta la litografia a fascio di elettroni a base d'acqua che utilizza la seta come elemento positivo, Resist Negativo e Biofunzionale, " appare in Nanotecnologia della natura , pubblicato online il 23 marzo prima della pubblicazione cartacea.

"In un mondo che si sforza di ridurre le impronte tossiche associate alla produzione, il nostro laboratorio sta esplorando i biopolimeri, e seta in particolare, come materiale candidato per sostituire la plastica in molte applicazioni ad alta tecnologia, " ha affermato Frank C. Doble Professore di Ingegneria Biomedica Fiorenzo Omenetto, dottorato di ricerca, ricercatore senior sul lavoro.

La nanofabbricazione prevede modelli ad alta risoluzione con caratteristiche così piccole da avere almeno una dimensione non superiore a 100 nanometri (nm), la dimensione delle particelle filtrate dalle maschere chirurgiche. La fabbricazione su nanoscala si ottiene solitamente depositando film sottili di polimeri personalizzati, chiamato "resiste, " su wafer di silicio. Ogni strato di resist viene successivamente modellato utilizzando luce o elettroni (tramite litografia a fascio di elettroni) per esporre la parte del resist non coperta da una maschera. Successivamente, i resist positivi vengono dissolti quando sottoposti a uno sviluppatore mentre i resist negativi rimangono dopo lo sviluppo. La composizione e la configurazione degli strati determinano le proprietà della struttura.

Lo sviluppo di un resist richiede tipicamente sostanze chimiche tossiche, che hanno bisogno di attenzione, e costoso, manipolazione e smaltimento. Significativi progressi sono stati fatti utilizzando resist "verdi" che possono essere sviluppati con acqua, ma queste tecniche non hanno avuto la precisione e la scalabilità desiderate.

"In contrasto, il nostro processo è interamente a base d'acqua, iniziando con la soluzione acquosa di seta e terminando con il semplice sviluppo del film di seta esposto in acqua, e la risoluzione raggiunta era paragonabile a quella di uno dei polimeri sintetici comunemente usati, " disse Omenetto, che è titolare di una cattedra nel Dipartimento di Fisica della Tufts School of Arts and Sciences oltre al suo incarico nella School of Engineering. "Una varietà di industrie manifatturiere, le aziende high-tech e i laboratori accademici potrebbero infine trarre vantaggio da camere bianche che siano anche ecologiche".

Per questo lavoro, gli ingegneri di Tufts hanno fabbricato reticoli fotonici su scala nanometrica utilizzando sia seta pulita che seta funzionalizzata drogata con punti quantici, proteine ​​fluorescenti verdi (GFP) o perossidasi di rafano (HRP).

"Mostrando che le biomolecole dell'enzima HRP sono rimaste attive dopo il processo di nanofabbricazione del fascio di elettroni, abbiamo dimostrato la fattibilità di fabbricare dispositivi di rilevamento della seta biologicamente attivi, qualcosa non attualmente disponibile, " disse Benedetto Marelli, dottorato di ricerca Marelli è un associato post-dottorato nel laboratorio di Omenetto e coautore principale del documento con l'ex associato post-dottorato di Omenetto Sunghwan Kim, dottorato di ricerca, ora professore ad Ajou, Corea.

Questa ricerca si basa sul lavoro precedente di Omenetto e dei suoi collaboratori presso la Tufts School of Engineering. Nel passato, avevano dimostrato che la seta poteva essere nanofabbricata, ma quei processi richiedevano di iniziare con altri materiali di dimensioni nanometriche. Questa è la prima volta che la seta è stata fabbricata per iniziare la catena di produzione della nanofabbricazione.