Svizzera
I ricercatori IBM, in collaborazione con gli scienziati del Politecnico federale di Zurigo (ETH Zürich), hanno dimostrato una nuova tecnica efficiente e precisa per stampare su nanoscala. Il metodo potrebbe favorire lo sviluppo di biosensori in nanoscala e di lenti in grado di far curvare la luce all’interno dei chip ottici del futuro, oltre alla fabbricazione di nanocavi che potrebbero rappresentare la base dei chip per i computer di domani.
Il risultato, pubblicato sul numero di settembre della rivista Nature Nanotechnology, offre un nuovo strumento, promettente e potente, che può essere impiegato in una vasta gamma di campi quali biomedicina, elettronica e Information Technology, tutti settori dove si è alla ricerca di un metodo per sfruttare le proprietà, spesso uniche, delle cosiddette nanoparticelle, ossia particelle di dimensioni inferiori a 100 nanometri.
Fino ad ora, le tecniche di microfabbricazione di tipo “top down” producono particelle così minuscole ricavandole in realtà da un pezzo di materiale più grande. La stampa, al contrario, aggiunge nanoparticelle pronte all’uso su una superficie in modo molto efficiente, facilitando così la combinazione di materiali diversi come metalli, polimeri, semiconduttori e ossidi.
Per la prima volta, i ricercatori hanno stampato particelle addirittura di 60 nanometri – circa 100 volte più piccole di un globulo rosso umano – con risoluzione di una singola particella, per creare nanomodelli, che vanno da linee semplici a disposizioni complesse. Convertendo tale risoluzione in termini di punti per pollici – una misura standard che definisce quanti singoli puntini di inchiostro possono essere stampati su una certa area – il metodo di nanostampa produce 100.000 punti per pollice, mentre la comune stampa offset lavora attualmente con 1.500 dpi.
Per dimostrare l’efficienza e la versatilità del metodo, i ricercatori hanno scelto di stampare la famosa immagine del sole, simbolo alchemico dell’oro, di Robert Fludd del XVII secolo, che è stampato da circa 20.000 particelle d’oro, ciascuna delle quali ha un diametro di 60 nanometri. Il metodo di stampa ha collocato in modo preciso una particella per punto, creando così la più piccola illustrazione mai stampata a partire da singole particelle di pigmenti.
“Questo metodo apre nuove vie al posizionamento preciso ed efficiente di vari tipi di nanoparticelle su diverse superfici, un requisito fondamentale per sfruttare le proprietà uniche di tali nanoparticelle e per renderne l’utilizzo economicamente fattibile“, spiega Heiko Wolf, ricercatore nel nano-patterning presso il laboratorio di ricerca IBM di Zurigo. Nella biomedicina, ad esempio, questo processo potrebbe essere applicato alla stampa di grandi array di bead biofunzionali, in grado di rilevare e identificare specifiche cellule o marcatori nell’organismo. Un esempio potrebbe essere lo screening rapido di cellule cancerose o indicatori di infarto miocardico. Nell’ambito dei nuovi dispositivi diagnostici “point of care”, array regolari di bead funzionali potrebbero consentire una lettura rapida e automatica, che necessita solo di una minuscola quantità di campioni.
Le nanoparticelle possono inoltre interagire con la luce. Con il nuovo metodo, si potrebbero stampare materiali ottici con nuove proprietà, ad esempio per l’uso nei dispositivi optoelettronici. Potrebbero essere creati i cosiddetti “metamateriali”, nei quali le strutture stampate sono piccole quanto la lunghezza d’onda della luce e quindi agiscono come se fossero un’unica lente con proprietà straordinarie.
Inoltre, il metodo si mostra promettente per i semiconduttori. In un esperimento, i ricercatori sono riusciti a ottenere la collocazione controllata di particelle di innesco catalitico per creare nanocavi semiconduttori. Tali nanocavi sono possibili candidati di futuri transistor nei microchip.
“Nella stampa tradizionale, si usa una lamina metallica per riempire con l’inchiostro le parti rientranti della lastra da stampa, nelle quali le particelle di pigmento sono disperse in modo casuale“, spiega Tobias Kraus, del team di nanopatterning di Zurigo. “Nella nostra stampa ad alta risoluzione, invece, un processo di autoassemblaggio mirato controlla la disposizione delle nanoparticelle sulla lastra di stampa. L’aggregato così ottenuto viene poi stampato sulla superficie di destinazione, laddove le posizioni delle particelle sono mantenute con precisione, ad una risoluzione di tre ordini di grandezza superiore a quella della stampa convenzionale“.
