(PhysOrg.com) -- Une technique simple d'estampage de motifs invisibles à l'œil humain sur une classe spéciale de nanomatériaux offre une nouvelle, moyen rentable de produire de nouveaux dispositifs dans des domaines allant de l'administration de médicaments aux cellules solaires.

La technique a été développée par les ingénieurs de l'Université Vanderbilt et décrite dans l'article de couverture du numéro de mai de la revue Lettres nano .

La nouvelle méthode fonctionne avec des matériaux criblés de minuscules vides qui leur confèrent une optique unique, électrique, propriétés chimiques et mécaniques. Imaginez un raide, matériau semblable à une éponge rempli de trous trop petits pour être vus sans un microscope spécial.

Depuis plusieurs années, les scientifiques ont étudié l'utilisation de ces matériaux - appelés nanomatériaux poreux - pour un large éventail d'applications, notamment l'administration de médicaments, capteurs chimiques et biologiques, cellules solaires et électrodes de batterie. Il existe des formes nanoporeuses d'or, silicium, alumine, et oxyde de titane, entre autres.

Estampage simple

Un obstacle majeur à l'utilisation des matériaux a été la complexité et le coût du traitement requis pour les transformer en dispositifs.

Maintenant, Professeur agrégé de génie électrique Sharon M. Weiss et ses collègues ont développé un rapide, processus d'impression à faible coût qui peut éliminer une variété de nanodispositifs de ces matériaux intrigants.

"C'est incroyable à quel point c'est facile. Nous avons fait notre première empreinte en utilisant un étau de table ordinaire, », a déclaré Weiss. "Et la résolution est étonnamment bonne."

Les stratégies traditionnelles utilisées pour fabriquer des dispositifs à partir de matériaux nanoporeux sont basées sur le processus utilisé pour fabriquer des puces informatiques. Cela doit être fait dans une salle blanche spéciale et consiste à peindre la surface avec un matériau spécial appelé résine, l'exposer à la lumière ultraviolette ou balayer la surface avec un faisceau d'électrons pour créer le motif souhaité, puis appliquer une série de traitements chimiques pour graver la surface ou déposer un nouveau matériau. Plus le motif est compliqué, plus il faut de temps pour faire.

Il y a environ deux ans, Weiss a eu l'idée de créer des tampons pré-masterisés en utilisant le processus complexe, puis d'utiliser les tampons pour créer les appareils. Weiss appelle la nouvelle approche l'impression directe de substrats poreux (DIPS). DIPS peut créer un appareil en moins d'une minute, quelle que soit sa complexité. Jusque là, son groupe signale qu'il a utilisé des tampons maîtres plus de 20 fois sans aucun signe de détérioration.

Le processus peut produire des motifs à l'échelle nanométrique

Le plus petit motif que Weiss et ses collègues ont réalisé à ce jour a des caractéristiques de seulement quelques dizaines de nanomètres, qui a environ la taille d'une seule molécule d'acide gras. Ils ont également réussi à imprimer le plus petit motif jamais signalé dans l'or nanoporeux, un avec des fonctionnalités de 70 nanomètres.

Le premier appareil fabriqué par le groupe est un biocapteur « basé sur la diffraction » qui peut être configuré pour identifier une variété de molécules organiques différentes, y compris l'ADN, protéines et virus. Le dispositif est constitué d'un réseau en silicium poreux traité pour qu'une molécule cible s'y colle. Le capteur est exposé à un liquide qui peut contenir la molécule cible puis est rincé. Si la cible était présente, puis certaines des molécules se collent dans le réseau et modifient le motif de la lumière réfléchie produite lorsque le réseau est illuminé avec un laser.

Selon l'analyse des chercheurs, lorsqu'un tel biocapteur est en silicium nanoporeux, il est plus sensible que ceux en silicium ordinaire.

Le groupe Weiss a collaboré avec des collègues du génie chimique et biomoléculaire pour utiliser la nouvelle technique pour fabriquer des capteurs chimiques à nano-motifs qui sont dix fois plus sensibles qu'un autre type de capteur chimique commercial appelé Klarite qui est à la base d'un marché de plusieurs millions de dollars.

Les chercheurs ont également démontré qu'ils peuvent utiliser les tampons pour fabriquer des microparticules de forme précise par un processus appelé « sur-emboutissage » qui coupe essentiellement la couche nanoporeuse pour libérer les particules du substrat. Une application possible pour les microparticules ainsi fabriquées à partir de silicium nanoporeux sont les anodes dans les batteries lithium-ion, ce qui pourrait augmenter considérablement leur capacité sans ajouter beaucoup de poids.

L'Université Vanderbilt a déposé un brevet sur la méthode DIPS.