En nano-golfbane til at samle præcist nanopartikler

Uanset om det har at gøre med at lave kuglepenne eller bygge rumfærger, Fremstillingsprocessen består i at skabe komponenter og derefter omhyggeligt samle dem. Men når det kommer til uendeligt små strukturer, at manipulere og samle højtydende nanopartikler på et substrat er ingen ringe bedrift.

Forskere i EPFL's Laboratory of Microsystems, som ledes af Jürgen Brugger, har fundet på en måde at placere hundredtusindvis af nanopartikler meget præcist på en kvadratisk overflade på en centimeter. Nanopartiklerne blev placeret inden for en nanometer - mod 10 til 20 nanometer ved hjælp af konventionelle metoder - og orienteret inden for en grad.

Deres arbejde, som blev offentliggjort i Natur nanoteknologi , sætter scenen for udviklingen af ​​nanometriske enheder såsom optisk detektionsudstyr og biologiske sensorer. "Hvis det lykkes os at placere guldnanopartikler en nanometer fra hinanden, vi kunne, for eksempel, begrænse lyset i en ekstraordinær grad og detektere eller interagere med individuelle molekyler, sagde Valentin Flauraud, hovedforfatteren.

"Spille golf" med nanopartikler

Til deres studie, forskerne brugte guldnanopartikler, der blev dyrket kemisk i en væske. "Disse nanopartikler udviser bedre egenskaber end dem, der produceres gennem fordampning eller ætsning, men det er sværere at manipulere dem, fordi de er suspenderet i en væske, sagde Flauraud.

Deres teknik består i at tage en dråbe væske fuld af nanopartikler og opvarme den, så nanopartiklerne samler sig på et givet sted. Denne dråbe trækkes derefter hen over et substrat med nanometriske barrierer og huller.

Når nanopartiklerne støder på disse forhindringer, de løsner sig fra væsken og fanges af hullerne. "Det er lidt ligesom at spille minigolf, " sagde forskeren. Hver fælde er designet til at orientere en nanopartikel på en bestemt måde. "Udfordringen var at finde ud af, hvordan væsken, partiklerne og substratet interagerer på nanometrisk skala, så vi kunne fange nanopartiklerne effektivt, " sagde Massimo Mastrangeli, den anden forfatter og nu forsker ved Max Planck Institute for Intelligent Systems i Stuttgart.

Udskrivning af alfabetet med nanopartikler

For at vise, hvor godt deres metode virker, forskerne påtog sig flere udfordringer. Først, de testede de optiske egenskaber af deres system med et kraftigt transmissionselektronmikroskop i EPFL's Interdisciplinary Center for Electron Microscopy (CIME).

De viste derefter, at deres teknik kunne bruges til at producere geometrisk komplekse strukturer ved at skrive alfabetet ud med nanopartikler - den mindste segmentskærm i verden. "Alt dette arbejde blev udført på EPFL og er resultatet af stærke synergier mellem de forskellige tekniske platforme og laboratorierne, " sagde professor Brugger. "Det er et glimrende eksempel på, hvordan top-down og bottom-up metoder kan kombineres, åbner døren til adskillige uudforskede områder af nanoteknologi."