Små guldkugler kan manipuleres på overflader ved hjælp af fordampning af opløsningsmiddel

Låsning af molekyledetekterende muligheder for guldnanopartikler kræver ofte positioneringsteknikker, der ligger uden for grænserne for konventionel litografi. Et A*STAR -team demonstrerer nu, at en kombination af topografiske skabeloner og lokaliserede fælder, der efterlades ved fordampning af væsker, kan fremstille arrays af nanopartikler med kontrollerbare separationer under fem nanometer.

Efterladt, nanopartikler har en tendens til at agglomerere på grund af deres høje entropi. Fordi det er afgørende for applikationer at holde guld -nanosfærer adskilte afstande fra hinanden herunder optisk bioimaging, forskere udvikler måder at fremstille hundredtusinder af disse objekter automatisk på. En lovende rute, kendt som rettet selvmontering, aflejrer flydende suspensioner af reagenser på substrater med foruddefinerede småskala mønstre. Flydende kapillær handling trækker derefter nanopartiklerne inde i skabelonerne og skubber dem til deres målplaceringer.

Mohamed Asbahi fra Institute of Materials Research and Engineering på A*STAR minder om at have forsøgt at kontrollere selvsamling inden for firkantede skabeloner, da han og hans kolleger fandt en spændende opdagelse. "Vi øgede hulrumsstørrelser i skabelonerne, og forventes at se flere nanopartikler inde i forsøget på at optimere deres arrangement, "siger han." Men med toluen som opløsningsmiddel, kun fire nanopartikler var fanget i hvert hjørne af en firkant - uanset hvor stort hulrummet var. "

For at forklare denne adfærd, forskerne udviklede en virtuel model til at simulere interaktioner mellem de deponerede nanopartikler og opløsningsmiddel i lukkede hulrum. Disse beregninger viste, at efter at væsken begynder at tørre ud, formen på det tilbagetrækende interface spillede en central rolle i positioneringen. For eksempel, aflange flydende 'fingre' inden for firkantede skabeloner tvang nanopartikler til at flytte til hjørner, hvor opløsningsmiddelvolumen er størst.

"Vi blev overrasket over denne effekt, før vi forstod fysikken bag den, "siger Asbahi." Men efter at vi havde forudsagt, at uregelmæssige hulrum havde større succes med at styre nanopartikler end ligesidede, vi valgte at validere vores forklaringer med trekantede skabeloner. "

Arbejde med state-of-the-art elektronstråle litografi, forskerne fremstillede skabeloner indeholdende tusinder af trekanter kun et par nanometer i skala. Sammenligning af ligesidet med retvinklede trekanter afslørede potentialet i asymmetriske mønstre-op til tre nanopartikler kunne fanges og placeres ved forskellige nanoskalaadskillelser i retvinklede skabeloner.

Yderligere eksperimenter viste, at bestemte væsker kan have forskellige virkninger på nanoskala -mønstre. Mens toluen har en tendens til at 'klemme' til skabelonstrukturen og fælde nanopartikler ved lavere end normale tætheder, hexanopløsningsmidler producerer fuldt pakket overflader. Asbahi bemærker, at den kontrol, der tilbydes af denne teknik, kan være tilstrækkelig til integration i præfabrikerede kredsløb og plasmoniske nanostrukturer.