In un design che imita una trama difficile da duplicare di conchiglie di stelle marine, Gli ingegneri dell'Università del Michigan hanno realizzato cristalli arrotondati senza sfaccettature.

"Li chiamiamo nanolobi. Sembrano piccole mongolfiere che salgono dalla superficie, " ha detto Olga Shalev, uno studente di dottorato in scienza e ingegneria dei materiali che ha lavorato al progetto.

Sia la forma dei nanolobi che il modo in cui sono fatti hanno applicazioni promettenti, dicono i ricercatori. La geometria potrebbe essere potenzialmente utile per guidare la luce nei LED avanzati, celle solari e superfici non riflettenti.

Uno strato potrebbe aiutare un materiale a respingere l'acqua o lo sporco. E il processo utilizzato per produrli, la stampa a getto di vapore organico, potrebbe prestarsi a farmaci per la stampa 3D che assorbono meglio nel corpo e rendono possibile il dosaggio personalizzato.

Le forme su scala nanometrica sono realizzate in cloruro di subftalocianina di boro, un materiale spesso utilizzato nelle celle solari organiche. Fa parte di una famiglia di piccoli composti molecolari che tendono a produrre pellicole piatte o cristalli sfaccettati con spigoli vivi, dice Max Shtein, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali, scienza e ingegneria macromolecolare, Ingegneria Chimica, e arte e design.

"Nei miei anni di lavoro con questo tipo di materiali, Non ho mai visto forme simili a queste. Ricordano ciò che si ottiene dai processi biologici, " ha detto Shtein. "La natura a volte può produrre cristalli che sono lisci, ma gli ingegneri non sono stati in grado di farlo in modo affidabile."

Creature marine echinodermi come le stelle fragili hanno ordinato strutture arrotondate sui loro corpi che funzionano come lenti per raccogliere la luce nei loro occhi rudimentali. Ma in un laboratorio, i cristalli composti dagli stessi minerali tendono o ad essere sfaccettati con facce piatte e angoli acuti, o liscio, ma manca di ordine molecolare.

I ricercatori della U-M hanno realizzato per caso i cristalli curvi diversi anni fa. Da allora hanno tracciato i loro passi e scoperto come farlo apposta.

Nel 2010, Shaurjo Biswas, poi uno studente di dottorato alla U-M, stava realizzando celle solari con la stampante a getto di vapore organico. Stava ricalibrando la macchina dopo aver cambiato materiale. Parte del processo di ricalibrazione comporta l'osservazione ravvicinata dei nuovi strati di materiale, di film, stampato su un piatto.

Biswas ha sottoposto a raggi X diversi film di diverso spessore per osservare la struttura cristallina. Notò che il boro subftalocianina cloruro, che in genere non forma forme ordinate, ha iniziato a farlo una volta che il film è diventato più spesso di 600 nanometri. Ha fatto alcuni film più spessi per vedere cosa sarebbe successo.

"All'inizio, ci chiedevamo se il nostro apparato funzionasse correttamente, " ha detto Shtein.

A 800 nanometri di spessore, lo schema ripetuto dei nanolobi emergeva ogni volta.

Per lungo tempo, i blob erano curiosità di laboratorio. I ricercatori si sono concentrati su altre cose. Quindi lo studente di dottorato Shalev è stato coinvolto. Era affascinata dalle strutture e voleva capire il motivo del fenomeno. Ha ripetuto gli esperimenti in un apparato modificato che ha dato un maggiore controllo sulle condizioni per variarle sistematicamente.

Shalev ha collaborato con il professore di fisica Roy Clarke per ottenere una migliore comprensione della cristallizzazione, e il professore di ingegneria meccanica Wei Lu per simulare l'evoluzione della superficie. È la prima autrice di un articolo sui risultati pubblicato nell'attuale edizione di Comunicazioni sulla natura .

"Per quanto ne sappiamo, nessun'altra tecnologia può farlo, "Ha detto Shalev.

Il processo di stampa a getto di vapore organico utilizzato dai ricercatori è una tecnica che Shtein ha contribuito a sviluppare quando frequentava la scuola di specializzazione. Lo descrive come pittura a spruzzo, ma con un gas piuttosto che con un liquido. È più economico e più facile da fare per determinate applicazioni rispetto agli approcci concorrenti che coinvolgono gli stencil o possono essere eseguiti solo nel vuoto, Shtein dice. È particolarmente fiducioso sulle prospettive di questa tecnica per far avanzare i concetti farmaceutici stampati in 3D emergenti.

Per esempio, Shtein e Shalev credono che questo metodo offra un modo preciso per controllare la dimensione e la forma delle particelle di medicinale, per un più facile assorbimento nel corpo. Potrebbe anche consentire ai farmaci di essere attaccati direttamente ad altri materiali e non richiede solventi che potrebbero introdurre impurità.