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Lampadine minuscole
Depositando strette fibre emettitrici di luce su un substrato di silicio modellato con elettrodi d'oro, i ricercatori della Cornell University hanno creato sorgenti luminose estremamente piccole con dimensioni di poche centinaia di nanometri. Le fibre sono costituite da un polimero che è incorporato con molecole che emettono luce, che si illuminano quando esposte a un campo elettrico. Quando i ricercatori applicano la tensione agli elettrodi, la fibra si illumina di arancione in punti diversi, proprio come le luci di Natale, afferma Hector Abruna , professore di chimica e chimica-biologia alla Cornell che è uno dei leader del progetto.
Nano lampade: Una nanofibra a emissione di luce copre elettrodi d'oro distanti 500 nanometri. Quando viene applicata una tensione agli elettrodi, si illumina un minuscolo punto di 240 per 325 nanometri quadrati di area.
I ricercatori utilizzano una tecnica semplice chiamata elettrofilatura per deporre le fibre direttamente sul substrato. Poiché il metodo è relativamente semplice, le sorgenti luminose dovrebbero essere facili da integrare in dispositivi lab-on-a-chip, dove la luce può essere utilizzata per rilevare molecole chimiche e biologiche, come farmaci e proteine, che potrebbero essere contrassegnate con coloranti fluorescenti o potrebbe assorbire una parte della luce. E poiché le fibre sono fatte di polimeri, potrebbero trovare impiego in display flessibili. Puoi immaginare queste [fibre] integrate nei vestiti, dice George Malliaras , un professore di scienza dei materiali e ingegneria della Cornell che sta collaborando al lavoro con Abruna e Harold Craighead presso il Center for Nanobiotechnology di Cornell.
Le dimensioni estremamente ridotte delle sorgenti luminose potrebbero anche portare a nuovi approcci per eseguire la microscopia, afferma Malliaras. Le fibre vanno da 150 nanometri a 5 micrometri di diametro. Ma i punti luminosi sulle fibre misurano 240 e 325 nanometri o meno. Ciò rende le sorgenti luminose più piccole della lunghezza d'onda di 600 nanometri della luce che emettono, una proprietà che potrebbe essere sfruttata per sviluppare nuovi metodi di microscopia.
Per elettrofilare le fibre, i ricercatori posizionano una minuscola gocciolina di soluzione polimerica sulla punta di un ago di metallo. Quindi applicano una differenza di tensione tra la punta e il substrato di silicio, che viene inciso con elettrodi d'oro e posizionato a pochi millimetri di distanza. La tensione fa sì che la gocciolina si allunghi e formi un getto che scorre verso il substrato. Mentre si abbassa, il solvente evapora e le fibre polimeriche indurite si depositano sul substrato ricoperto di elettrodi.
Il polimero in questo caso contiene molecole a base di rutenio, che emettono luce se sottoposte a corrente elettrica. Quando i ricercatori applicano una tensione agli elettrodi d'oro, minuscoli punti sui tratti di fibra che attraversano gli elettrodi adiacenti si illuminano di arancione. Ad alte tensioni di 100 volt, la luce è abbastanza brillante da consentire ai ricercatori di vederla al buio nonostante le piccole dimensioni degli emettitori. Direi che [questo] è un passo avanti nel modo in cui vengono realizzate le sorgenti luminose di dimensioni nanometriche, afferma Stefan Bernhard , professore di chimica alla Princeton University.
La tecnica dell'elettrofilatura offre molteplici vantaggi. Usando il metodo, si dovrebbe essere in grado di produrre fibre con diametri di 50 nanometri o meno, il che potrebbe portare a sorgenti luminose ancora più piccole, afferma Malliaras. Inoltre, la tecnica dovrebbe rendere relativamente facile la fabbricazione di emettitori di luce su nanoscala su pratici dispositivi lab-on-a-chip, anche se sarebbe comunque necessario incidere gli elettrodi d'oro.
L'aspetto distintivo ed estremamente interessante di questo lavoro è la minuscola dimensione delle sorgenti luminose che descrivono, dice Giovanni de Mello , che ricerca dispositivi organici a emissione di luce su nanoscala presso l'Imperial College di Londra. Fino ad ora, i dispositivi organici a emissione di luce erano in genere di dimensioni di circa un millimetro quadrato, afferma, che è l'ideale per applicazioni standard lab-on-a-chip, come il rilevamento di batteri o proteine. Ma le sorgenti luminose di dimensioni nanometriche sarebbero importanti per applicazioni di nicchia che richiedono velocità e una risoluzione molto piccola, ad esempio per monitorare come procede una reazione chimica mentre le sostanze chimiche fluiscono attraverso i canali microfluidici. Questo approccio offre un mezzo per migliorare notevolmente la risoluzione di tali misurazioni, afferma de Mello.
Tuttavia, resta ancora molta ricerca da fare. Per qualsiasi applicazione pratica, i ricercatori dovrebbero controllare con precisione la disposizione delle fibre sul substrato di silicio. Ma il lavoro è un primo passo nella realizzazione di sorgenti luminose su nanoscala utilizzando un metodo semplice, afferma Malliaras.
Dice de Mello, Una volta che è noto che esiste un percorso a basso costo per creare sorgenti luminose a lunghezze d'onda inferiori, puoi essere certo che qualcuno troverà un uso per loro. Questa è la vera eccitazione di questo tipo di lavoro.