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Pequeñas bombillas
Al depositar fibras estrechas que emiten luz sobre un sustrato de silicio con un patrón de electrodos de oro, los investigadores de la Universidad de Cornell han creado fuentes de luz extremadamente pequeñas con dimensiones de solo unos pocos cientos de nanómetros. Las fibras están hechas de un polímero que está incrustado con moléculas emisoras de luz, que se iluminan cuando se exponen a un campo eléctrico. Cuando los investigadores aplican voltaje a los electrodos, la fibra se ilumina en naranja en diferentes puntos, al igual que las luces de Navidad, dice Hector Abruna , profesor de química y biología química en Cornell y uno de los líderes del proyecto.
Nano lámparas: Una nanofibra emisora de luz abarca electrodos de oro que están separados por 500 nanómetros. Cuando se aplica voltaje a los electrodos, se ilumina una pequeña mancha de 240 por 325 nanómetros cuadrados en el área.
Los investigadores utilizan una técnica sencilla llamada electrohilado para depositar las fibras directamente sobre el sustrato. Debido a que el método es relativamente simple, las fuentes de luz deben ser fáciles de integrar en dispositivos de laboratorio en un chip, donde la luz puede usarse para detectar moléculas químicas y biológicas, como medicamentos y proteínas, que podrían etiquetarse con tintes fluorescentes. o podría absorber una parte de la luz. Y debido a que las fibras están hechas de polímeros, podrían usarse en pantallas flexibles. Puedes imaginar estas [fibras] integradas en la ropa, dice George Malliaras , profesor de ingeniería y ciencia de los materiales de Cornell que colabora en el trabajo con Abruna y Harold Craighead en el Centro de Nanobiotecnología de Cornell.
El tamaño extremadamente pequeño de las fuentes de luz también podría conducir a enfoques novedosos para hacer microscopía, dice Malliaras. Las fibras varían de 150 nanómetros a 5 micrómetros de diámetro. Pero los puntos emisores de luz en las fibras miden 240 y 325 nanómetros o menos. Esto hace que las fuentes de luz sean más pequeñas que la longitud de onda de 600 nanómetros de la luz que emiten, una propiedad que podría aprovecharse para desarrollar nuevos métodos de microscopía.
Para electrohilar las fibras, los investigadores colocan una pequeña gota de solución de polímero en la punta de una aguja de metal. Luego aplican una diferencia de voltaje entre la punta y el sustrato de silicio, que se graba con electrodos de oro y se coloca a unos milímetros de distancia. El voltaje hace que la gota se alargue y forme un chorro que fluye hacia el sustrato. A medida que desciende, el disolvente se evapora y las fibras de polímero endurecido se depositan sobre el sustrato cubierto de electrodos.
El polímero en este caso contiene moléculas a base de rutenio, que emiten luz cuando se someten a una corriente eléctrica. Cuando los investigadores aplican un voltaje a los electrodos de oro, pequeños puntos en los tramos de fibra que atraviesan los electrodos adyacentes se iluminan de color naranja. A altos voltajes de 100 voltios, la luz es lo suficientemente brillante como para que los investigadores puedan verla en la oscuridad a pesar del pequeño tamaño de los emisores. Yo diría que [esto] es un gran avance en la forma en que se fabrican las fuentes de luz nanométricas, dice Stefan Bernhard , profesor de química en la Universidad de Princeton.
La técnica de electrohilado ofrece múltiples ventajas. Usando el método, uno debería poder hacer fibras con diámetros de 50 nanómetros o menos, lo que podría conducir a fuentes de luz aún más pequeñas, dice Malliaras. Además, la técnica debería hacer que la fabricación de emisores de luz a nanoescala en dispositivos prácticos de laboratorio en un chip sea relativamente fácil, aunque todavía sería necesario grabar los electrodos de oro.
El aspecto distintivo y extremadamente interesante de este trabajo es el tamaño diminuto de las fuentes de luz que describen, dice John de Mello , que investiga dispositivos emisores de luz orgánicos a nanoescala en el Imperial College de Londres. Hasta ahora, los dispositivos emisores de luz orgánica normalmente tenían un tamaño de aproximadamente un milímetro cuadrado, dice, lo que es ideal para aplicaciones estándar de laboratorio en un chip, como la detección de bacterias o proteínas. Pero las fuentes de luz de tamaño nanométrico serían importantes para aplicaciones de nicho que requieren velocidad y una resolución muy pequeña, por ejemplo, monitorear cómo se desarrolla una reacción química a medida que los productos químicos fluyen a través de los canales de microfluidos. Este enfoque ofrece un medio para mejorar drásticamente la resolución de tales mediciones, dice de Mello.
Sin embargo, queda mucha investigación por hacer. Para cualquier aplicación práctica, los investigadores necesitarían controlar con precisión la disposición de las fibras sobre el sustrato de silicio. Pero el trabajo es un primer paso para hacer fuentes de luz a nanoescala utilizando un método sencillo, dice Malliaras.
Dice de Mello: Una vez que se sepa que existe una ruta de bajo costo para fabricar fuentes de luz de sub-longitud de onda, puede estar seguro de que alguien encontrará un uso para ellas. Esa es la verdadera emoción de este tipo de trabajo.