Piccole bolle possono risolvere grandi problemi. Le microbolle, di circa 1-50 micrometri di diametro, hanno applicazioni diffuse. Sono usati per la consegna di farmaci, pulizia della membrana, controllo del biofilm, e trattamento delle acque. Sono stati applicati come attuatori in dispositivi lab-on-a-chip per la miscelazione microfluidica, stampa a getto d'inchiostro, e circuiti logici, e nella litografia fotonica e risonatori ottici. E hanno contribuito notevolmente all'imaging biomedico e ad applicazioni come l'intrappolamento e la manipolazione del DNA.

Data l'ampia gamma di applicazioni per le microbolle, sono stati sviluppati molti metodi per generarli, compresa la compressione del flusso d'aria per dissolvere l'aria in liquido, ultrasuoni per indurre bolle nell'acqua, e impulsi laser per esporre substrati immersi in liquidi. Però, queste bolle tendono a disperdersi casualmente nel liquido e sono piuttosto instabili.

Secondo Baohua Jia, professore e direttore fondatore del Center for Translational Atomaterials presso la Swinburne University of Technology, "Per applicazioni che richiedono una posizione e una dimensione precise della bolla, così come un'elevata stabilità, ad esempio in applicazioni fotoniche come l'imaging e l'intrappolamento, creazione di bolle in posizioni precise con volume controllabile, curvatura, e la stabilità è essenziale." Jia spiega che, per l'integrazione in piattaforme biologiche o fotoniche, è altamente desiderabile avere microbolle ben controllate e stabili fabbricate utilizzando una tecnica compatibile con le attuali tecnologie di elaborazione.

Palloncini in grafene

Jia e altri ricercatori della Swinburne University of Technology hanno recentemente collaborato con ricercatori della National University of Singapore, Università di Rutger, Università di Melbourne, e Monash University, sviluppare un metodo per generare microbolle di grafene controllate con precisione su una superficie di vetro utilizzando impulsi laser. Il loro rapporto è pubblicato nella rivista peer-reviewed, rivista ad accesso libero, Fotonica avanzata .

Il gruppo ha utilizzato materiali a base di ossido di grafene, che consistono in film di grafene decorato con gruppi funzionali di ossigeno. I gas non possono penetrare attraverso i materiali di ossido di grafene, quindi i ricercatori hanno utilizzato il laser per irradiare localmente il film di ossido di grafene per generare gas da incapsulare all'interno del film per formare microbolle, come palloncini. Han Lin, Senior Research Fellow presso la Swinburne University e primo autore del documento, spiega, "In questo modo, le posizioni delle microbolle possono essere ben controllate dal laser, e le microbolle possono essere create ed eliminate a piacimento. Intanto, la quantità di gas può essere controllata dall'area irradiante e dalla potenza irradiante. Perciò, è possibile ottenere un'elevata precisione."

Una bolla così di alta qualità può essere utilizzata per dispositivi optoelettronici e micromeccanici avanzati con requisiti di alta precisione.

I ricercatori hanno scoperto che l'elevata uniformità dei film di ossido di grafene crea microbolle con una perfetta curvatura sferica che possono essere utilizzate come lenti riflettenti concave. Come vetrina, hanno usato le lenti riflettenti concave per focalizzare la luce. Il team riferisce che l'obiettivo presenta un punto focale di alta qualità in una forma molto buona e può essere utilizzato come fonte di luce per l'imaging microscopico.

Lin spiega che le lenti riflettenti sono anche in grado di focalizzare la luce a diverse lunghezze d'onda nello stesso punto focale senza aberrazione cromatica. Il team dimostra la messa a fuoco di una luce bianca a banda ultralarga, copertura visibile al vicino infrarosso, con le stesse elevate prestazioni, che è particolarmente utile in microscopia compatta e spettroscopia.

Jia osserva che la ricerca fornisce "un percorso per la generazione di microbolle altamente controllate a volontà e l'integrazione di microbolle di grafene come componenti nanofotonici dinamici e ad alta precisione per dispositivi lab-on-a-chip miniaturizzati, insieme ad ampie potenziali applicazioni nella spettroscopia ad alta risoluzione e nell'imaging medico."