(PhysOrg.com) - Uma técnica simples para estampar padrões invisíveis ao olho humano em uma classe especial de nanomateriais fornece um novo, maneira econômica de produzir novos dispositivos em áreas que vão desde a distribuição de medicamentos até células solares.

A técnica foi desenvolvida por engenheiros da Vanderbilt University e descrita no artigo de capa da edição de maio da revista. Nano Letras .

O novo método funciona com materiais crivados de pequenos vazios que lhes conferem uma óptica única, elétrico, propriedades químicas e mecânicas. Imagine um duro, material esponjoso cheio de orifícios que são pequenos demais para serem vistos sem um microscópio especial.

Por vários anos, cientistas têm investigado o uso desses materiais - chamados de nanomateriais porosos - para uma ampla gama de aplicações, incluindo a entrega de medicamentos, sensores químicos e biológicos, células solares e eletrodos de bateria. Existem formas nanoporosas de ouro, silício, alumina, e óxido de titânio, entre outros.

Estamparia simples

Um grande obstáculo ao uso dos materiais tem sido a complexidade e o custo do processamento necessário para transformá-los em dispositivos.

Agora, A Professora Associada de Engenharia Elétrica Sharon M. Weiss e seus colegas desenvolveram um rápido, Processo de impressão de baixo custo que pode eliminar uma variedade de nanodispositivos desses materiais intrigantes.

“É incrível como é fácil. Fizemos nossa primeira impressão usando um torno de mesa comum, ”Weiss disse. “E a resolução é surpreendentemente boa.”

As estratégias tradicionais usadas para fazer dispositivos de materiais nanoporosos são baseadas no processo usado para fazer chips de computador. Isso deve ser feito em uma sala limpa especial e envolve a pintura da superfície com um material especial chamado de resistência, expondo-o à luz ultravioleta ou escaneando a superfície com um feixe de elétrons para criar o padrão desejado e, em seguida, aplicar uma série de tratamentos químicos para gravar a superfície ou estabelecer um novo material. Quanto mais complicado o padrão, mais tempo leva para fazer.

Cerca de dois anos atrás, Weiss teve a ideia de criar carimbos pré-masterizados usando o processo complexo e, em seguida, usar os carimbos para criar os dispositivos. Weiss chama a nova abordagem de impressão direta de substratos porosos (DIPS). DIPS pode criar um dispositivo em menos de um minuto, independentemente de sua complexidade. Até aqui, seu grupo relata que usou selos originais mais de 20 vezes sem quaisquer sinais de deterioração.

O processo pode produzir padrões em nanoescala

O menor padrão que Weiss e seus colegas fizeram até agora tem características de apenas algumas dezenas de nanômetros, que tem aproximadamente o tamanho de uma única molécula de ácido graxo. Eles também conseguiram imprimir o menor padrão já relatado em ouro nanoporoso, um com recursos de 70 nanômetros.

O primeiro dispositivo que o grupo fez é um biossensor "baseado em difração" que pode ser configurado para identificar uma variedade de moléculas orgânicas diferentes, incluindo DNA, proteínas e vírus. O dispositivo consiste em uma grade feita de silício poroso tratado de forma que uma molécula alvo grude nela. O sensor é exposto a um líquido que pode conter a molécula alvo e, em seguida, é enxaguado. Se o alvo estava presente, então, algumas das moléculas se fixam na grade e alteram o padrão de luz refletida produzida quando a grade é iluminada com um laser.

De acordo com a análise dos pesquisadores, quando esse biossensor é feito de silício nanoporoso, ele é mais sensível do que aqueles feitos de silício comum.

O grupo Weiss colaborou com colegas da Engenharia Química e Biomolecular para usar a nova técnica para fazer sensores químicos nano-padronizados que são dez vezes mais sensíveis do que outro tipo de sensor químico comercial chamado Klarite, que é a base de um mercado multimilionário.

Os pesquisadores também demonstraram que podem usar os selos para fazer micropartículas de formato preciso por um processo chamado “overstamping”, que essencialmente corta a camada nanoporosa para liberar as partículas do substrato. Uma possível aplicação para micropartículas feitas desta forma de silício nanoporoso são como ânodos em baterias de íon-lítio, o que poderia aumentar significativamente sua capacidade sem adicionar muito peso.

A Vanderbilt University solicitou uma patente do método DIPS.