Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC State), en Estados Unidos, han desarrollado una nueva técnica de litografía que utiliza esferas a nanoescala para crear estructuras tridimensionales (3-D) con aplicaciones biomédicas, electrónicas y fotónicos. La nueva técnica es significativamente menos costosa que los métodos convencionales y no se basa en el apilamiento de patrones de dos dimensiones (2-D) para crear estructuras 3-D.
"Nuestro enfoque reduce el costo de la nanolitografía hasta el punto de que una persona lo podría hacer en su garaje", seañal el doctor Chih-Hao Chang, profesor asistente de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la ''NC State'' y autor principal de un artículo sobre el trabajo que se publica en ''Small''.
La mayoría de litografía convencional utiliza una variedad de técnicas para enfocar la luz sobre una película fotosensible con el fin de crear patrones 2-D. Estas técnicas se basan en lentes especializadas, haces de electrones o rayos láser, todas ellas extremadamente caras, y otras técnicas convencionales utilizan sondas mecánicas, que son también costosas. Para crear estructuras 3-D, se imprimen patrones 2-D esencialmente en la parte superior de cada uno.
Los investigadores de NC tomaron un enfoque diferente, colocando esferas de poliestireno a nanoescala en la superficie de la película fotosensible. Las nanoesferas son transparentes, pero se doblan y dispersan la luz que pasa a través de ellas de manera predecible en función del ángulo que la luz cuando golpea la nanoesfera.
Los expertos controlan la nanolitografía alterando el tamaño de las nanoesferas, la duración de la exposición a la luz y el ángulo, la longitud de onda y la polarización de la luz. También pueden utilizar un haz de luz o múltiples rayos de luz, lo que les permite crear una amplia variedad de diseños nanoestructura.
"Estamos utilizando la nanoesfera para dar forma al patrón de la luz, lo que nos da la capacidad de dar forma a la nanoestructura resultante en tres dimensiones sin necesidad de utilizar el equipo costoso requerido por técnicas convencionales --detalla Chang--. Y nos permite crear estructuras 3-D a la vez, sin tener que hacer una capa tras otra de patrones de 2-D".
Los investigadores también han demostrado que pueden llegar a autoensamblar las nanoesferas en una matriz regularmente espaciadas, que a su vez se puede utilizar para crear un patrón uniforme de nanoestructuras 3-D. "Esto podría ser utilizado para crear una matriz de nanoagujas para su uso en la administración de fármacos u otras aplicaciones", explica Xu Zhang, estudiante en el laboratorio y el autor principal de Chang del artículo.
La nueva técnica también podría emplearse para crear "impresoras de inyección de tinta para la impresión de la electrónica" a nanoescala o células biológicas o para disñar antenas o componentes fotónicos. Los investigadores están estudiando varias maneras de manipular la técnica para controlar la forma de las estructuras resultantes.
"Para este trabajo, nos centramos en la creación de nanoestructuras usando polímeros fotosensibles, que se utilizan comúnmente en la litografía --relata Zhang--. Sin embargo, la técnica también podría ser utilizada para formar plantillas para estructuras 3-D utilizando otros materiales".