Encongir objectes a nano-escala.

Investigadors del MIT, han inventat una manera de gairebé qualsevol forma, per fabricar objectes a nivell de nanoesca en 3-D . 

"És una manera de posar gairebé qualsevol tipus de material en un model 3D amb precisió a escala nanomètrica", segons va dir Edward Boyden, professor associat d'enginyeria biològica i de ciències cerebrals i cognitives al MIT.

Font:Internapcdn

Amb la nova tècnica, els investigadors poden crear qualsevol forma i estructura que es vulgui dibuixar amb un làser en un bastidor de polímer. Després d'unir altres materials útils a la bastida, es redueixen, generant estructures d'una mil·lèsima part del volum de l'original.

Aquestes petites estructures podrien tenir aplicacions en molts camps, des de l'òptica fins a la robòtica per la medicina, segons diuen els investigadors. La tècnica utilitza equips que molts laboratoris de ciències de biologia i materials ja tenen, el que fa que sigui àmpliament accessible per als investigadors que vulguin provar-ho.

Boyden, que també és membre del Laboratori de Mitjans del MIT, l'Institut McGovern per a la Investigació del Cervell i l'Institut Koch per a la Investigació Integral del Càncer, és un dels principals autors del treball, que apareix en el número 13 de Science. L'altre autor sènior és Adam Marblestone, un filial de recerca de Media Lab, i els autors principals del document són els estudiants de postgrau Daniel Oran i Samuel Rodriques.

Fabricació d'implosió

Les tècniques existents per crear nanoestructures, són limitades. Els patrons d'aiguafort en una superfície amb llum, que pot produir nanoestructures en 2D, però no funcionen per a estructures 3D. És possible fer nanoestructures en 3D afegint gradualment  una capa sobre de l'altre, però aquest procés és lent. Si bé existeixen mètodes que poden imprimir directament objectes a nivell nanoescala  3-D, estan restringits a materials especialitzats com ara són els polímers i els plàstics, que no tenen les propietats funcionals necessàries per a moltes aplicacions. A més, només poden generar estructures autoportants. (Per exemple, la tècnica pot produir una piràmide sòlida, però no una cadena unida o una esfera buida).

Font:Futurism

Per superar aquestes limitacions, Boyden i els seus estudiants van decidir adaptar una tècnica que e es va desenvolupar en el seu laboratori ja fa uns anys per a la imatge d'alta resolució del teixit cerebral. Aquesta tècnica, coneguda com a microscòpia d'expansió, implica la incrustació de teixits en un hidrogel i després l'expandeix, permetent imatges d'alta resolució amb un microscopi regular. Centenars de grups de recerca en biologia i medicina, ara utilitzen microscòpia d'expansió, ja que permet la visualització en 3-D de cèl·lules i teixits amb un maquinari ordinari.

Al invertir aquest procés, els investigadors van trobar que podien crear objectes a gran escala incrustats en hidrogels expandits i, posteriorment, reduir-los a  nanoescala, un enfocament que ells anomenen "fabricació d'implosió".

Com ho van fer per a la microscòpia d'expansió , els investigadors van utilitzar un material molt absorbent de poliacrilat mitjançant un bastiment el qual, està banyat en una solució que conté molècules de fluoresceïna, que s'adhereixen al bastidor quan són activades per llum làser.

Font: MIT

Mitjançant la microscòpia de dos fotons, que permet una segmentació precisa dels punts en una estructura, els investigadors aporten molècules de fluoresceïna a llocs específics dins del gel. Les molècules de fluoresceïna actuen com a àncores que poden unir-se a altres tipus de molècules que afegeixen els investigadors.

És una mica com la fotografia cinematogràfica: es forma una imatge latent exposant un material sensible en un gel a la llum. Després, podeu desenvolupar aquesta imatge latent en una imatge real afegint un altre material, normalment la plata, a posteriori. D'aquesta manera, la fabricació de la implosió pot crear tot tipus d'estructures, incloent gradients, estructures no connectades i patrons multimaterials.

Una vegada que les molècules desitjades s'adjunten en els llocs adequats, els investigadors redueixen tota l'estructura afegint un àcid. L'àcid bloqueja les càrregues negatives en el gel de poliacrilato perquè no es repel·lin, causant que el gel es contregui. Mitjançant aquesta tècnica, els investigadors poden reduir els objectes 10 vegades en cada dimensió (per una reducció global del volum de 1.000 vegades). Aquesta capacitat de contracció no només permet augmentar la resolució, sinó que també permet muntar materials en una bastida de baixa densitat. Això permet un accés fàcil per a la modificació, i més tard el material es converteix en un sòlid dens quan es redueix.

Font: Internapcdn

S'ha  estat intentant inventar millors equips per fabricar nanomaterials més petits des de fa anys, però es van adonar que si s'acaba d'utilitzar els sistemes existents i incrustarlos els seus materials en aquest gel, es possible reduir-los a  nivell de nanoescala, sense distorsionar els patrons.

Actualment, els investigadors poden crear objectes d'aproximadament 1 mil·límetre cúbic, modelats amb una resolució de 50 nanòmetres. Hi ha una compensació entre mida i resolució: si els investigadors volen fer objectes més grans, d'aproximadament 1 centímetre cúbic, poden aconseguir una resolució d'uns 500 nanòmetres. No obstant això, aquesta resolució podria millorar-se amb un refinament més profund del procés.

Millor per l'òptica

L'equip del MIT ara explora aplicacions potencials per a aquesta tecnologia i preveu que algunes de les primeres aplicacions podrien ser en òptica, per exemple, fent lents especialitzades que es podrien utilitzar per estudiar les propietats fonamentals de la llum. Aquesta tècnica també pot permetre la fabricació de lents més petites i millors per a aplicacions com ara càmeres de telèfons mòbils, microscopis o endoscopis. Més endavant, els investigadors afirmen que aquest enfocament es podria utilitzar per construir electrònica o robots a nivell de nanoescala.

Font: Massachusetts Institute of Technology