Optics nano-foundry: un nuovo concetto di litografia 3D

Sarebbe affascinante e estremamente vantaggioso riuscire a controllare le leggi fisiche che regolano le instabilità e le evoluzioni che si instaurano in un liquido a livello nanometrico se sottoposto a delle condizioni destabilizzanti. Manipolare materiali polimerici su scala micro-nano metrica consentirebbe di "congelare" strutture effimere e delicate, rendendole stabili e utilizzabili in molteplici settori del mondo tecnologico. Tale processo trova analogia con quanto accade naturalmente quando, ad esempio, ammiriamo in inverno il getto di una fontana o il salto di una cascata congelata. In questo lavoro viene presentato un metodo innovativo che consente di rispondere a queste esigenze sfruttando l'effetto piroelettrico. Per piroelettricità si intende la capacità che possiedono alcuni materiali di generare un campo elettrico quando sottoposti ad un gradiente di temperatura. In particolare, questo effetto è stato utilizzato per generare, controllare e allo stesso tempo "congelare" le instabilità che si sviluppano in materiali polimerici. L'innovazione introdotta da questa tecnica consente di fabbricare una serie di strutture su piccole scale (10-9 m) dalle forme particolari e non realizzabili con le metodologie convenzionali. Tali microstrutture, in funzione della loro forma particolare (fibre, coni, aghi, microsfere), trovano applicazione in diversi campi dell'ottica e della fotonica. La tridimensionalità ottenuta con questo processo di fabbricazione consente di introdurre un nuovo concetto di litografia "tridimensionale" ed in particolare, in questo lavoro, viene anche dimostrato l'utilizzo di queste particolari microstrutture come risuonatori o pinzette ottiche. Infatti, le microsfere polimeriche possono essere utilizzate come risuonatori ottici attivi o passivi per amplificazioni e rivelazioni di segnali ricoprendo un'ampia gamma di settori, dal mondo biologico, del tipo rilevatori label-free di segnali, a quello industriale-sensoristico. Le strutture coniche generano, ad esempio, dei fasci laser particolari (denominati di Bessel) che trovano applicazione come "pinzette ottiche", ovvero la possibilità di intrappolare e manipolare microparticelle o cellule per mezzo di tali fasci di luce nei cosiddetti Lab-on-a-chip. In conclusione, il metodo proposto consente di definire un nuovo tipo di "litografia 3D" per lo sviluppo di una piattaforma microfluidica innovativa in cui le instabilità nanofluidiche possono essere opportunamente controllate fabbricando nano-micro strutture dalle molteplici applicazioni.

Authors: S. Grilli, S. Coppola, V. Vespini, A. Finizio, F. Merola and P. Ferraro

Title: 3D lithography by rapid curing of the liquid instabilities at nanoscale

Journal: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

Year: 2011

References: 108 (2011), pp. 15106-15111