Lingua

  • Italiano
  • English
Dipartimento di Fisica - Politecnico di Milano

Micro-fabbricazione di dispositivi fotonici e optofluidici con laser a femtosecondi

Le microlavorazioni con laser a femtosecondi di materiali trasparenti sono un campo di ricerca che si è espanso rapidamente a partire dal primo lavoro della fine degli anni ’90. Questa tecnologia è passata dall’essere una semplice curiosità ad una solida e più versatile alternativa alle tecnologie standard. Inoltre le microlavorazioni con laser a femtosecondi hanno l’unicità di consentire una fabbricazione tridimensionale che permette di implementare nuove architetture di dispositivi.
L’idea di base dietro questa tecnolgia è l’assorbimento non-lineare. L’intensità che si raggiunge nel volume focale di un impulso a femtosecondi focalizzato è talmente elevata da indurre fenomeni non-lineari quali la ionizzazione multifotonica o per effetto tunnel, seguita dalla ionizzazione a valanga: tali fenomeni producono un trasferimento di energia molto localizzato nel volume del materiale. Un’adeguata movimentazione del campione permette quindi di ottenere modifiche tridimensionali. 
I componenti essenziali che possono essere fabbricati con questa tecnologia in materiali trasparenti sono le guide d’onda ottiche ed i canali microfluidici (questi ultimi richiedono però un successivo processo di attacco chimico). Ulteriori operazioni che possono essere svolte mediante questa tecnologia sono: saldatura, taglio, trattamento superficiale, etc. La combinazione di tutte queste capacità risulta particolarmente utile alla fabbricazione di dispositivi optofluidici complessi che vengono successivamente caratterizzati nei nostri laboratori.

L’attività di ricerca si suddivide principalmente in tre tematiche:


Dispositivi optofluidici per applicazioni biofotoniche

Questa attività di ricerca è dedicata allo sviluppo ed implementazione di dispositivi optofluidici monolitici per diverse applicazioni biofotoniche. In particolare è stata dimostrata la possibilità di effettuare una rivelazione integrata di biomolecole in un lab-on-a-chip, basata su misure in fluorescenza e label-free. Recentemente l’attività si è focalizzata sulla dimostrazione di chip optofluidici per la manipolazione, intrappolamento e deformazione di singole cellule.
Collaborazioni: M. Pollnau (University of Twente), H. van den Vlekkert (LioniX bv), R. van Weeghel (Zebra Bioscience bv), P. Watts (Hull University), I. Cristiani (Università di Pavia), J. Guck (Cambridge University), B. Hecht (Wuerzburg University).


Circuiti fotonici per informazione quantistica

La strategia emergente per superare le limitazioni dell’ottica discreta per l’informazione quantistica consiste nell’utilizzo dell’ottica integrata che fornisce evidenti vantaggi in termini di compattezza ed insensività alle perturbazioni esterne. La scrittura con laser a femtosecondi è una valita tecnologia per fabbricare circuiti fotonici di elevata qualità e che consentano la propagazione di qubits codificati in polarizzazione. L’utilizzo di questi circuiti per l’informazione quantistica è stato esplorato con applicazione alle porte logiche (CNOT) per il quantum computing, alla biosensoristica quantistica, ed alla simulazione quantistica con l’implementazione di quantum walk discreti di particelle caratterizzate da una statistica bosonica, fermionica ed anionica.
Collaborazioni: F. Sciarrino e P. Mataloni (La Sapienza Università), M. Lobino e J. O'Brien (Bristol University)

 

 

Polimerizzazione a due fotoni per micro/nano-strutture 3D

La fabbricazione con laser a femtosecondi di micro/nanostrutture mediante polimerizzazione a due fotoni (2PP) è un metodo molto promettente per la realizzazione di dispositivi 3D di elevata risoluzione per applicazioni alla fotonica, ai sistemi micromeccanici e per tecnologie lab-on-a-chip. Il meccanismo di assorbimento a due fotoni permette la polimerizzazione selettiva di piccoli volumi focali, con risoluzione migliore del limite di diffrazione, e consente quindi la fabbricazione a diverse profondità senza effetti sul materiale circostante. Le potenziali applicazioni di questa tecnologia che stiamo esplorando sono: fabbricazione id impalcature 3D per la crescita e differenziazione di cellule staminali; fabbricazione di filtri porosi all’interno di dispositivi microfluidici; fabbricazione di pixel nanostrutturati per e-paper.
Collaborazioni: M. Farsari (IESL-FORTH), S. Turri e M. Raimondi (Politecnico di Milano), T. Bellini (Università di Milano).


Finanziamenti: Le precedenti attività di ricerca sono state finanziate dalla Unione Europea (progetti HIBISCUS e microFLUID), Governo Italiano (PRIN 2009), Regione Lombardia (progetto MINILAB) e Fondazione Cariplo (FEMTOSCAFFOLD).