Einfaches, skalierbares Verfahren zum 3D-Druck spiralförmiger Nanostrukturen

Laut einer Studie von Forschenden der University of Michigan bietet ein neues Fertigungsverfahren für spiralförmige Metall-Nanopartikel eine einfachere und billigere Möglichkeit zur schnellen Herstellung eines für biomedizinische und optische Geräte wichtigen Materials.

“Einer unserer Beweggründe ist die drastische Vereinfachung der Herstellung komplexer Materialien, die in vielen aktuellen Technologien Engpässe darstellen”, so Nicholas Kotov, Irving Langmuir Distinguished University Professor of Chemical Sciences and Engineering an der U-M und Mitautor der Studie, die in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde.

Chirale Oberflächen, die keine Spiegelsymmetrie aufweisen und Licht auf Nanoskala biegen können, sind stark nachgefragt. Die Studie präsentiert eine Methode, solche Oberflächen durch 3D-Druck von „Wäldern“ aus nanoskaligen Helices herzustellen. Durch die Ausrichtung der Achsen der Helices mit einem Lichtstrahl wird eine starke optische Rotation erzeugt, wodurch Chiralität in Gesundheits- und Informationstechnologien genutzt werden kann.

Plasmonische Metalle, aus denen chirale Oberflächen hergestellt werden, sind besonders wünschenswert, da sie eine große Familie von sehr sensiblen Biodetektoren produzieren können. Beispielsweise können sie spezifische Biomoleküle erkennen, was die Entwicklung gezielter Therapeutika unterstützt. Zudem bieten diese Materialien Potenzial für die Weiterentwicklung von Informationstechnologien, indem sie größere Datenspeicherkapazitäten und schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeiten ermöglichen.

Traditionelle Methoden zur Herstellung dieser speziellen 3D-strukturierten Oberflächen sind komplex, teuer und erzeugen viel Abfall. Die Forschungsgruppe der Universität Michigan entwickelte daher eine Methode, die helikale Lichtstrahlen verwendet, um nanoskalige Helices mit spezifischer Händigkeit und Steigung zu produzieren.

“Zentimetergroße chirale plasmonische Oberflächen können innerhalb von Minuten mit kostengünstigen Lasern mittlerer Leistung hergestellt werden. Es war erstaunlich zu sehen, wie schnell diese spiralförmigen Wälder wachsen”, sagte Kotov.

Die einfache Verarbeitung, die hohe Polarisationsrotation und die feine räumliche Auflösung des lichtgetriebenen Drucks von Helices aus Metall werden die Vorbereitung komplexer nanoskaliger Architekturen für die nächste Generation optischer Chips erheblich beschleunigen und stellen einen signifikanten Fortschritt in der 3D-Additivfertigung dar.