Novi proces proizvodnje spiralnih metalnih nanočestica pruža jednostavniji i jeftiniji način za brzu proizvodnju materijala neophodnog za biomedicinske i optičke uređaje, prema studiji istraživača Univerziteta u Mičigenu.
„Jedan od naših motivatora je da drastično pojednostavimo proizvodnju složenih materijala koji predstavljaju usko grlo u mnogim trenutnim tehnologijama“, rekao je Nikolas Kotov, profesor hemijskih nauka i inženjerstva Irving Langmuir na Univerzitetu U-M i ko-korespondentni autor studije, objavljene u Zbornik radova Nacionalne akademije nauka .
Hiralne površine — što znači da površina nema simetriju ogledala (na primer, leva i desna ruka) — koje imaju sposobnost savijanja svetlosti na nanoskali su veoma tražene. Nova studija pokazuje način da se naprave 3D-štampanjem „šuma“ spirala nanorazmera. Poravnavanje ose spirala sa svetlosnim snopom stvara snažnu optičku rotaciju, omogućavajući da se kiralnost iskoristi u zdravstvenim i informacionim tehnologijama, za koje je kiralnost uobičajena.
Hiralne površine od plazmoničnih metala su još poželjnije jer mogu proizvesti veliku porodicu veoma osetljivih biodetektora. Na primer, mogu da otkriju specifične biomolekule—proizvedene od opasnih bakterija otpornih na lekove, mutiranih proteina ili DNK—koji mogu pomoći u razvoju ciljanih terapeutika. Ovi materijali takođe nude potencijal za unapređenje informacionih tehnologija, stvarajući veće kapacitete za skladištenje podataka i veće brzine obrade iskorištavanjem interakcije svetlosti sa elektronskim sistemima (tj., optičkim kablovima).
Iako su ove posebne 3D strukturirane površine iz stojećih spirala preko potrebne, tradicionalne metode za njihovu izradu su složene, skupe i stvaraju mnogo otpada.
Najčešće se ovi materijali prave korišćenjem visoko specijalizovanog hardvera—kao što je dvofotonska 3D litografija ili taloženje izazvano jonskim/elektronskim snopom—dostupno samo u nekoliko vrhunskih objekata. Iako tačne, ove metode uključuju dugotrajnu obradu u više koraka pri uslovima niskog pritiska ili visoke temperature.
3D štampanje je predloženo kao alternativa, ali postojeće tehnologije 3D štampanja ne dozvoljavaju rezoluciju nanorazmera. Kao rešenje, UM istraživački tim je razvio metodu koja koristi spiralne svetlosne zrake za proizvodnju spirala u nanorazmeri sa specifičnom rukom i nagibom.
„Hiralne plazmonične površine centimetarske skale mogu se proizvesti za nekoliko minuta korišćenjem jeftinih lasera srednje snage. Bilo je neverovatno videti koliko brzo ove spiralne šume rastu“, rekao je Kotov.
3D štampanje spiralnih struktura pomoću spiralne svetlosti zasnovano je na prenosu kiralnosti svetlosti u materiju otkrivenom u U-M pre oko 10 godina.
Štampanje direktnog pisanja u jednom koraku, bez maske, iz vodenih rastvora srebrove soli, predstavlja alternativu nanolitografiji uz unapređenje 3D aditivne proizvodnje. Jednostavnost obrade, visoka polarizaciona rotacija i fina prostorna rezolucija svetlosnog štampanja spirala od metala će u velikoj meri ubrzati pripremu složene arhitekture nanorazmera za sledeću generaciju optičkih čipova.
