Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado una nueva técnica de litografía que utiliza esferas a nanoescala para crear estructuras tridimensionales (3-D) con tecnología biomédica, Aplicaciones electrónicas y fotónicas. La nueva técnica es significativamente menos costosa que los métodos convencionales y no se basa en apilar patrones bidimensionales (2-D) para crear estructuras 3-D.

"Nuestro enfoque reduce el costo de la nanolitografía hasta el punto en que podría realizarse en su garaje, "dice el Dr. Chih-Hao Chang, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State y autor principal de un artículo sobre el trabajo.

La mayor parte de la litografía convencional utiliza una variedad de técnicas para enfocar la luz en una película fotosensible para crear patrones 2-D. Estas técnicas se basan en lentes especializados, rayos de electrones o láseres, todos los cuales son extremadamente caros. Otras técnicas convencionales utilizan sondas mecánicas, que también son costosos. Para crear estructuras 3-D, los patrones 2-D se imprimen esencialmente uno encima del otro.

Los investigadores de NC State adoptaron un enfoque diferente, colocando esferas de poliestireno a nanoescala en la superficie de la película fotosensible.

Las nanoesferas son transparentes, pero dobla y dispersa la luz que pasa a través de ellos de formas predecibles de acuerdo con el ángulo que toma la luz cuando golpea la nanoesfera. Los investigadores controlan la nanolitografía alterando el tamaño de la nanoesfera, la duración de las exposiciones a la luz, y el ángulo, longitud de onda y polarización de la luz. Los investigadores también pueden utilizar un rayo de luz, o múltiples haces de luz, permitiéndoles crear una amplia variedad de diseños de nanoestructuras.

"Estamos utilizando la nanoesfera para dar forma al patrón de luz, lo que nos da la capacidad de dar forma a la nanoestructura resultante en tres dimensiones sin utilizar el costoso equipo requerido por las técnicas convencionales, ", Dice Chang." Y nos permite crear estructuras tridimensionales a la vez, sin tener que hacer capa tras capa de patrones 2-D ".

Los investigadores también han demostrado que pueden hacer que las nanoesferas se autoensamblen en una matriz espaciada regularmente. que a su vez se puede utilizar para crear un patrón uniforme de nanoestructuras 3-D.

"Esto podría usarse para crear una serie de nanoagujas para su uso en la administración de fármacos u otras aplicaciones, "dice Xu Zhang, un doctorado estudiante en el laboratorio de Chang y autor principal del artículo.

La nueva técnica también podría utilizarse para crear "impresoras de inyección de tinta" a nanoescala para la impresión de dispositivos electrónicos o células biológicas. o para crear antenas o componentes fotónicos.

"Para este trabajo, nos enfocamos en crear nanoestructuras usando polímeros fotosensibles, que se utilizan comúnmente en litografía, "Dice Zhang." Pero la técnica también podría usarse para crear plantillas para estructuras 3-D utilizando otros materiales ".

Los investigadores actualmente están buscando varias formas adicionales de manipular la técnica para controlar la forma de las estructuras resultantes.

"Estamos explorando el uso de materiales de nanoesferas distintos del poliestireno, así como formas de nanopartículas distintas de esferas, ", Dice Chang." Y, en última instancia, queremos buscar formas de controlar la colocación de partículas en la película fotosensible en patrones distintos de las matrices uniformes ".