Un team guidato da Metin Sitti ha introdotto un sistema di due-fotoni polimerizzazione (TPP) accoppiato a un campo elettrico, capace di realizzare microstrutture tridimensionali i cui cromatismi possono essere modificati al volo. La ricerca, pubblicata su PNAS Nexus, sfrutta una resina a base di cristalli liquidi colesterici elicoidali obliqui, la cui disposizione molecolare varia in risposta all’intensità del campo elettrico applicato. Questo metodo consente di passare da tonalità violette a verdi e rosse semplicemente regolando la tensione, senza dover riallineare otticamente l’apparato di stampa.
Tecnica di due-fotoni polimerizzazione e colorazione
La stampa su scala microscopica si basa sulla TPP: un laser a femtosecondi focalizzato su un recipiente riempito di resina induce la polimerizzazione in punti precisi, generando voxels tridimensionali. Integrare colori diversi in un singolo oggetto richiedeva in passato sospensioni complesse di materiali oppure pause per ritarare l’ottica. Con il sistema di Sitti, già impiegato in laboratori come quello della Max Planck Society, il cromatismo non è più vincolato al materiale, ma può essere regolato istantaneamente dal circuito elettrico, agendo sulla curvatura degli eliche di cristalli liquidi.
Esempi di microstrutture stampate
Il gruppo ha dimostrato la versatilità della tecnica realizzando:
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Il logo bidimensionale della Max Planck Society e quello “Taiji” in diverse tonalità, variando il campo elettrico in zone specifiche per creare pattern policromi.
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Cornici tridimensionali alte pochi micron, ottenute in celle liquide con spessore di 65 micrometri, che assumono colori diversi in base all’intensità del segnale elettrico.
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Una replica in scala microscopica della statua cinese “Galloping Horse Treading on a Flying Swallow”, le cui dimensioni sono inferiori al diametro di un capello umano, evidenziando la risoluzione e il controllo cromatico raggiunti.
Applicazioni in ottica e sicurezza
Grazie alla capacità di modulare la struttura e il colore di micro-ottiche in tempo reale, il processo apre prospettive per filtri spettrali, micro-lenti adattative e guide d’onda con proprietà variabili. Nel settore dell’anticontraffazione, la stampa di ologrammi o elementi identificativi con configurazioni di colore difficilmente riproducibili offre un ulteriore strumento di protezione dei brevetti e dei documenti di sicurezza.
Prospettive e sviluppo del metodo
I ricercatori intendono ottimizzare la gamma di colori ottenibili estendendo l’intervallo di campo elettrico e sperimentando nuove miscele di cristalli liquidi. Un altro obiettivo è aumentare la velocità di scansione laser per passare dalla produzione di singoli campioni alla realizzazione di dispositivi in serie. L’adozione di questo approccio in centri di ricerca, come quelli supportati dal programma di Metin Sitti, potrà accelerare l’integrazione di microdispositivi 3D nei settori più avanzati dell’ingegneria ottica e dei sistemi di autenticazione.
