Investigadores de la Escuela de Ingeniería Cockrell de la Universidad de Texas en Austin han resuelto un problema de micro y nanofabricación:cómo rápidamente, manipular partículas diminutas con delicadeza y precisión, lo que permitirá a los investigadores construir más fácilmente máquinas diminutas, sensores biomédicos, ordenadores ópticos, Paneles solares y otros dispositivos.
Han desarrollado un dispositivo y una técnica, llamada litografía con bolígrafo de burbujas, que pueden manejar nanopartículas de manera eficiente:las diminutas piezas de oro, silicio y otros materiales utilizados en nanofabricación. El nuevo método se basa en microburbujas para inscribir, o escribe, nanopartículas sobre una superficie.
El interés de los investigadores por las nanopartículas, que tienen un tamaño de entre 1 y 100 nanómetros, ha crecido rápidamente debido a su versatilidad y fuerza. Algunas nanopartículas tienen propiedades ópticas que son útiles para la electrónica. Otros tienen la capacidad de absorber energía solar. En aplicaciones biomédicas, Las nanopartículas pueden servir como portadores de fármacos o agentes de formación de imágenes.
Pero trabajar con estas partículas manteniendo intactas sus propiedades y funciones puede resultar complicado. Y los métodos de litografía existentes, que se utilizan para grabar o modelar materiales sobre un sustrato, no son capaces de fijar nanopartículas en una ubicación específica con un control preciso y arbitrario.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor asistente de Ingeniería de Texas, Yuebing Zheng, ha inventado una forma de manipular estas pequeñas partículas y bloquearlas en su posición sin dañarlas. Usando microburbujas para transportar suavemente las partículas, La técnica de litografía con bolígrafo de burbujas puede organizar rápidamente partículas en varias formas, tamaños composiciones y distancias entre nanoestructuras. Este control avanzado es clave para aprovechar sus propiedades. El equipo, que incluye al profesor asociado de Cockrell School, Deji Akinwande, y al profesor Andrew Dunn, describen su dispositivo y técnica patentados en un artículo publicado en la edición del 13 de enero de Nano letras .
Usando su dispositivo de bolígrafo de burbujas, Los investigadores enfocan un láser debajo de una lámina de nanoislas de oro (islas a nanoescala) para generar un punto de acceso que crea una microburbuja a partir del agua vaporizada. La burbuja atrae y captura una nanopartícula a través de una combinación de presión de gas, tensión térmica y superficial, adherencia superficial y convección. Luego, el láser dirige la microburbuja para mover la nanopartícula en un lugar de la superficie. Cuando el láser está apagado, la microburbuja desaparece, dejando la partícula en la superficie. Si necesario, los investigadores pueden expandir o reducir el tamaño de la microburbuja aumentando o disminuyendo la potencia del rayo láser.
"La capacidad de controlar una sola nanopartícula y fijarla a un sustrato sin dañarla podría abrir grandes oportunidades para la creación de nuevos materiales y dispositivos, ", Dijo Zheng." La capacidad de organizar las partículas ayudará a hacer avanzar una clase de nuevos materiales, conocidos como metamateriales, con propiedades y funciones que no existen en los materiales naturales actuales ".
La técnica podría ser especialmente útil para la ciencia y la medicina porque los investigadores podrían controlar con precisión las células, material biológico, bacterias o virus para estudio y prueba, Añadió Zheng.
Es más, La litografía con bolígrafo de burbujas puede aprovechar un programa de software de diseño de la misma manera que una impresora 3D, para que pueda depositar nanopartículas en tiempo real en un patrón o diseño preprogramado. Los investigadores pudieron escribir el símbolo UT Austin Longhorn y crear una forma de cúpula a partir de perlas de nanopartículas.
En comparación con otros métodos de litografía existentes, La litografía con bolígrafo de burbujas tiene varias ventajas, Dice Zheng. Primero, la técnica se puede utilizar para probar prototipos e ideas de dispositivos y materiales más rápidamente. Segundo, la técnica tiene el potencial para a gran escala, fabricación de nanomateriales y dispositivos a bajo coste. Otras técnicas de litografía requieren más recursos y un entorno de sala limpia.
Zheng dice que espera avanzar en la litografía con bolígrafo de burbujas mediante el desarrollo de una técnica de procesamiento de múltiples haces para la producción a nivel industrial de nanomateriales y nanodispositivos. También planea desarrollar una versión portátil de la técnica que funciona como un teléfono móvil para su uso en la creación de prototipos y el diagnóstico de enfermedades.
Esta investigación recibió financiación del Beckman Young Investigator Award.
