I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato una nuova tecnica di litografia che utilizza sfere su nanoscala per creare strutture tridimensionali (3D) con materiali biomedici, applicazioni elettroniche e fotoniche. La nuova tecnica è significativamente meno costosa rispetto ai metodi convenzionali e non si basa sull'impilamento di modelli bidimensionali (2D) per creare strutture 3D.

"Il nostro approccio riduce il costo della nanolitografia al punto che potrebbe essere eseguita nel tuo garage, "dice il dottor Chih-Hao Chang, un assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State e autore senior di un documento sul lavoro.

La maggior parte della litografia convenzionale utilizza una varietà di tecniche per focalizzare la luce su una pellicola fotosensibile per creare modelli 2D. Queste tecniche si basano su lenti specializzate, fasci di elettroni o laser, tutti estremamente costosi. Altre tecniche convenzionali utilizzano sonde meccaniche, che sono anche costosi. Per creare strutture 3D, i modelli 2-D sono essenzialmente stampati uno sopra l'altro.

I ricercatori dello Stato NC hanno adottato un approccio diverso, posizionando sfere di polistirene su scala nanometrica sulla superficie del film fotosensibile.

Le nanosfere sono trasparenti, ma piegano e disperdono la luce che li attraversa in modi prevedibili a seconda dell'angolo che la luce assume quando colpisce la nanosfera. I ricercatori controllano la nanolitografia alterando le dimensioni della nanosfera, la durata delle esposizioni luminose, e l'angolo, lunghezza d'onda e polarizzazione della luce. I ricercatori possono anche utilizzare un raggio di luce, o più fasci di luce, consentendo loro di creare un'ampia varietà di progetti di nanostrutture.

"Stiamo usando la nanosfera per modellare il modello di luce, che ci dà la possibilità di modellare la nanostruttura risultante in tre dimensioni senza utilizzare le costose apparecchiature richieste dalle tecniche convenzionali, " dice Chang. "E ci permette di creare strutture 3D tutte in una volta, senza dover creare uno strato dopo l'altro di modelli 2D."

I ricercatori hanno anche dimostrato di poter fare in modo che le nanosfere si autoassemblano in una matrice regolarmente distanziata, che a sua volta può essere utilizzato per creare un modello uniforme di nanostrutture 3-D.

"Questo potrebbe essere utilizzato per creare una serie di nanoaghi da utilizzare nella somministrazione di farmaci o in altre applicazioni, "dice Xu Zhang, un dottorato di ricerca studente nel laboratorio di Chang e autore principale dell'articolo.

La nuova tecnica potrebbe essere utilizzata anche per creare "stampanti a getto d'inchiostro" su scala nanometrica per la stampa di dispositivi elettronici o cellule biologiche, o per creare antenne o componenti fotonici.

"Per questo lavoro, ci siamo concentrati sulla creazione di nanostrutture utilizzando polimeri fotosensibili, comunemente usati in litografia, " dice Zhang. "Ma la tecnica potrebbe essere utilizzata anche per creare modelli per strutture 3D utilizzando altri materiali".

I ricercatori stanno attualmente esaminando diversi modi aggiuntivi per manipolare la tecnica per controllare la forma delle strutture risultanti.

"Stiamo esplorando l'uso di materiali nanosferici diversi dal polistirene, così come forme di nanoparticelle diverse dalle sfere, "Chang dice. "E alla fine vogliamo esaminare i modi per controllare il posizionamento delle particelle sulla pellicola fotosensibile in modelli diversi dalle matrici uniformi".