(PhysOrg.com) - Una técnica simple para estampar patrones invisibles para el ojo humano en una clase especial de nanomateriales proporciona una nueva, Una forma rentable de producir dispositivos novedosos en áreas que van desde la administración de fármacos hasta las células solares.

La técnica fue desarrollada por ingenieros de la Universidad de Vanderbilt y se describe en el artículo de portada de la edición de mayo de la revista. Nano letras .

El nuevo método funciona con materiales que están plagados de pequeños huecos que les dan una óptica única, eléctrico, propiedades químicas y mecánicas. Imagina un rígido material parecido a una esponja lleno de agujeros que son demasiado pequeños para verlos sin un microscopio especial.

Por un numero de años, Los científicos han estado investigando el uso de estos materiales, llamados nanomateriales porosos, para una amplia gama de aplicaciones, incluida la administración de fármacos, sensores químicos y biológicos, células solares y electrodos de batería. Hay formas nanoporosas de oro, silicio, alúmina, y óxido de titanio, entre otros.

Estampado simple

Un obstáculo importante para el uso de los materiales ha sido la complejidad y el gasto del procesamiento requerido para convertirlos en dispositivos.

Ahora, La profesora asociada de ingeniería eléctrica Sharon M. Weiss y sus colegas han desarrollado una Proceso de impresión de bajo costo que puede eliminar una variedad de nanodispositivos de estos intrigantes materiales.

“Es asombroso lo fácil que es. Hicimos nuestra primera impresión con un tornillo de banco de mesa normal, —Dijo Weiss. "Y la resolución es sorprendentemente buena".

Las estrategias tradicionales utilizadas para fabricar dispositivos a partir de materiales nanoporosos se basan en el proceso utilizado para fabricar chips de computadora. Esto debe hacerse en una sala limpia especial e implica pintar la superficie con un material especial llamado resist, exponerlo a la luz ultravioleta o escanear la superficie con un haz de electrones para crear el patrón deseado y luego aplicar una serie de tratamientos químicos para grabar la superficie o colocar material nuevo. Cuanto más complicado es el patrón, cuanto más se tarda en hacer.

Hace unos dos años, Weiss tuvo la idea de crear sellos premasterizados mediante un proceso complejo y luego usar los sellos para crear los dispositivos. Weiss llama al nuevo enfoque impresión directa de sustratos porosos (DIPS). DIPS puede crear un dispositivo en menos de un minuto, independientemente de su complejidad. Hasta aquí, su grupo informa que ha utilizado sellos maestros más de 20 veces sin ningún signo de deterioro.

El proceso puede producir patrones a nanoescala

El patrón más pequeño que Weiss y sus colegas han hecho hasta la fecha tiene características de solo unas pocas decenas de nanómetros, que es aproximadamente del tamaño de una sola molécula de ácido graso. También han logrado imprimir el patrón más pequeño hasta ahora reportado en oro nanoporoso, uno con características de 70 nanómetros.

El primer dispositivo que fabricó el grupo es un biosensor "basado en difracción" que se puede configurar para identificar una variedad de moléculas orgánicas diferentes, incluido el ADN, proteínas y virus. El dispositivo consiste en una rejilla hecha de silicio poroso tratado para que una molécula objetivo se adhiera a él. El sensor se expone a un líquido que puede contener la molécula objetivo y luego se enjuaga. Si el objetivo estaba presente, luego, algunas de las moléculas se adhieren a la rejilla y alteran el patrón de luz reflejada que se produce cuando la rejilla se ilumina con un láser.

Según el análisis de los investigadores, cuando dicho biosensor está hecho de silicio nanoporoso, es más sensible que los hechos de silicio ordinario.

El grupo de Weiss colaboró ​​con colegas en Ingeniería Química y Biomolecular para utilizar la nueva técnica para hacer sensores químicos con patrones nano que son diez veces más sensibles que otro tipo de sensor químico comercial llamado Klarite que es la base de un mercado multimillonario.

Los investigadores también han demostrado que pueden usar los sellos para hacer micropartículas con formas precisas mediante un proceso llamado "sobreestampado" que esencialmente corta la capa nanoporosa para liberar las partículas del sustrato. Una posible aplicación para las micropartículas fabricadas de esta manera a partir de silicio nanoporoso son como ánodos en baterías de iones de litio, lo que podría aumentar significativamente su capacidad sin agregar mucho peso.

La Universidad de Vanderbilt ha solicitado una patente sobre el método DIPS.