I ricercatori della Cockrell School of Engineering dell'Università del Texas ad Austin hanno risolto un problema nella micro e nanofabbricazione:come gestire con delicatezza e precisione minuscole particelle, che consentirà ai ricercatori di costruire più facilmente piccole macchine, sensori biomedici, computer ottici, pannelli solari e altri dispositivi.
Hanno sviluppato un dispositivo e una tecnica, chiamata litografia a penna a bolle, in grado di gestire in modo efficiente le nanoparticelle, i minuscoli pezzi d'oro, silicio e altri materiali utilizzati nella nanofabbricazione. Il nuovo metodo si basa su microbolle per inscrivere, o scrivi, nanoparticelle su una superficie.
L'interesse dei ricercatori per le nanoparticelle, di dimensioni comprese tra 1 e 100 nanometri, è cresciuto rapidamente a causa della loro versatilità e forza. Alcune nanoparticelle hanno proprietà ottiche utili per l'elettronica. Altri hanno la capacità di assorbire l'energia solare. Nelle applicazioni biomediche, le nanoparticelle possono fungere da vettori di farmaci o agenti di imaging.
Ma lavorare con queste particelle mantenendo intatte le loro proprietà e funzioni può essere difficile. E metodi di litografia esistenti, che vengono utilizzati per incidere o modellare materiali su un substrato, non sono in grado di fissare le nanoparticelle in una posizione specifica con un controllo preciso e arbitrario.
Un team di ricerca guidato dall'assistente professore di Texas Engineering Yuebing Zheng ha inventato un modo per gestire queste piccole particelle e bloccarle in posizione senza danneggiarle. Utilizzando microbolle per trasportare delicatamente le particelle, la tecnica della litografia a penna a bolle può disporre rapidamente le particelle in varie forme, dimensioni, composizioni e distanze tra le nanostrutture. Questo controllo avanzato è la chiave per sfruttare le loro proprietà. Il gruppo, che include il professore associato della Cockrell School Deji Akinwande e il professore Andrew Dunn, descrivono il loro dispositivo e la loro tecnica brevettati in un articolo pubblicato nel numero del 13 gennaio di Nano lettere .
Usando il loro dispositivo a penna a bolle, i ricercatori focalizzano un laser sotto uno strato di nanoisole d'oro (isole su nanoscala) per generare un punto caldo che crea una microbolle dall'acqua vaporizzata. La bolla attrae e cattura una nanoparticella attraverso una combinazione di pressione del gas, tensione termica e superficiale, adesione superficiale e convezione. Il laser quindi dirige la microbolla per spostare la nanoparticella su un sito sulla superficie. Quando il laser è spento, la microbolle scompare, lasciando la particella sulla superficie. Se necessario, i ricercatori possono espandere o ridurre le dimensioni della microbolla aumentando o diminuendo la potenza del raggio laser.
"La capacità di controllare una singola nanoparticella e fissarla a un substrato senza danneggiarla potrebbe aprire grandi opportunità per la creazione di nuovi materiali e dispositivi, " Zheng ha detto. "La capacità di disporre le particelle aiuterà a far avanzare una classe di nuovi materiali, conosciuti come metamateriali, con proprietà e funzioni che non esistono negli attuali materiali naturali."
La tecnica potrebbe essere particolarmente utile per la scienza e la medicina perché i ricercatori sarebbero in grado di controllare con precisione le cellule, materiale biologico, batteri o virus per studio e test, ha aggiunto Zheng.
Inoltre, la litografia a penna a bolle può sfruttare un programma software di progettazione allo stesso modo di una stampante 3D, in modo che possa depositare nanoparticelle in tempo reale in un modello o disegno preprogrammato. I ricercatori sono stati in grado di scrivere il simbolo UT Austin Longhorn e creare una forma a cupola con perline di nanoparticelle.
Rispetto ad altri metodi di litografia esistenti, la litografia a penna a bolle presenta diversi vantaggi, dice Zheng. Primo, la tecnica può essere utilizzata per testare prototipi e idee per dispositivi e materiali più rapidamente. Secondo, la tecnica ha il potenziale per una vasta scala, produzione a basso costo di nanomateriali e dispositivi. Altre tecniche di litografia richiedono più risorse e un ambiente sterile.
Zheng dice che spera di far progredire la litografia a penna a bolle sviluppando una tecnica di elaborazione a più raggi per la produzione a livello industriale di nanomateriali e nanodispositivi. Sta inoltre progettando di sviluppare una versione portatile della tecnica che funzioni come un telefono cellulare da utilizzare nella prototipazione e nella diagnosi delle malattie.
Questa ricerca ha ricevuto finanziamenti dal Beckman Young Investigator Award.
