Исследователи из университета Карнеги-Меллона и Китайского университета Гонконга ускорили 3D-печать устройств размером всего в несколько десятков нанометров с помощью лазера и гидрогеля. Они создают трехмерный рисунок изделия в гидрогеле и уменьшают его до крошечных размеров. Разработка пригодится в биотехнологии, фотонике и при создании наноустройств.
Для печати крошечных устройств ученые применяют двухфотонную фемтосекундную литографию. Они используют фемтосекундный двухфотонный лазер, чтобы изменить сетчатую структуру и размер пор гидрогеля. В результате внутри полимерного материала, формируется узор, который может быть заполнен частицами различных веществ, растворенных в воде. По мере того, как гель сжимается в процессе обезвоживания, частицы соединяются друг с другом, формируя готовое плотное изделие.
Изделия, напечатанные из различных материалов с помощью новой технологии. Изображение: Carnegie Mellon University
Например, если гидрогель с нанесенным лазером узором поместить в раствор наночастиц серебра, последние самособерутся вдоль рисунка, объясняют ученые. Когда гель высыхает, он сжимается до 13 раз по сравнению с первоначальным размером. Это делает серебро достаточно плотным, чтобы образовывать наноструктуру, проводящую электричество.
Исследователи показали, что технология работает с различными материалами. В их числе металлы, металлические сплавы, двумерные материалы, оксиды, алмазы, полупроводники, полимеры, биоматериалы, молекулярные кристаллы и чернила.
Традиционные 3D-нанопринтеры фокусируют лазерную точку для последовательной обработки материалов и требуют много времени для завершения печати, отмечают ученые. Новая технология изменяет ширину лазерного импульса для формирования узорчатых световых листов, что позволяет получить целостное изображение, содержащее сотни тысяч пикселей. При этом скорость печати увеличивается в 1 000 раз.
Авторы считают, что технологию можно использовать для печати функциональных наноустройств, таких как электрические схемы, биосенсоры или даже нанороботы. Кроме того, с ее помощью можно создавать крошечные системы хранения данных: в одном кубическом сантиметре материала можно упаковать до 5 Пбит (625 Тб) информации, добавляют они.
Кодирование информации с помощью гидрогеля. Изображение: Carnegie Mellon University
