Chimica dei materiali

Diamanti e tecnologia: dalla biosensoristica all’ottica quantistica

Il progetto A.Di.N-Tech. ha avuto come obiettivo lo sviluppo di due classi di dispositivi innovativi basati sulle peculiari proprietà fisiche del diamante artificiale: biosensori dell’attività biochimica di colture cellulari, e sorgenti di singolo fotone per applicazioni nell’ottica quantistica

Il diamante artificiale non è soltanto una pietra preziosa che da secoli esercita sull’uomo un inesauribile fascino, ma anche un materiale avanzato che, sulla base di un impressionante insieme di proprietà fisiche e chimiche “estreme”, rappresenta una promettente piattaforma per lo sviluppo di nuove tecnologie, che vanno dalla sensoristica alla fotonica. Paradossalmente, le stesse proprietà che rendono questo materiale estremamente promettente dal punto di vista tecnologico (durezza, inerzia chimica, trasparenza) rappresentano un serio ostacolo alla sua micro- e nano-fabbricazione. In questo senso, per realizzare dispositivi in un materiale “estremo” come il diamante servono altrettanto estreme tecniche di fabbricazione.

Il progetto Advanced Diamond-based Nano-Technologies (A.Di.N-Tech.) ha dimostrato che tecniche avanzate di litografia, che fanno uso di fasci di particelle accelerate a grandissime energie (velocità prossime alla luce) possono essere impiegate proficuamente per fabbricare micro-dispositivi in diamante che integrano elementi basati sulla grafite e particolari tipologie di difetti fluorescenti detti “centri di colore”. Lo studio si è concentrato in particolare su due classi di dispositivi: i bio-sensori cellulari e le sorgenti di singolo fotone. Nel campo della bio-sensoristica, A.Di.N-Tech. ha dimostrato la possibilità di produrre dispostivi bio-compatibili e non tossici funzionali alla rivelazione in vitro di segnali bio-chimici da colture e tessuti di cellule eccitabili, con prestazioni competitive rispetto allo stato dell’arte, offrendo al tempo stesso vantaggi in termini di integrazione e miniaturizzazione. L’attività si è svolta in collaborazione con il gruppo di Neuro-fisiologia del Dipartimento di Scienze e Tecnologie del Farmaco dell’Università di Torino, e con l’Institute of Electron Devices and Circuits dell’Università di Ulm.

Nel campo dell’ottica quantistica, abbiamo dimostrato la possibilità di produrre sorgenti di singolo fotone, cioè in grado di generare singoli “quanti” di luce in modo efficiente e riproducibile, e integrarli in dispositivi robusti operanti a temperatura ambiente. Il principale vantaggio rispetto a quanto disponibile allo stato dell’arte risiede nel fatto che in questi dispositivi l’emissione di singolo fotone è elettro-stimolata, indotta cioè da un impulso elettronico anziché ottico, con conseguenti vantaggi in termini di praticità d’uso e miniaturizzazione. L’attività si è svolta in collaborazione con il gruppo di Ottica Quantistica dell’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM). I risultati ottenuti nell’ambito di A.Di.N-Tech vanno al di là di una semplice dimostrazione di fattibilità, ma precludono a promettenti future applicazioni in campi quali la sensoristica cellulare e l’ottica quantistica.


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autore

Paolo Olivero
Dipartimento

Fisica
Pubblicato il

03 Gennaio 2017

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