Store superkrystaller lover overlegne sensorer

Ved at bruge en kunstfærdig kombination af nanoteknologi og grundlæggende kemi, Sandia National Laboratories-forskere har opfordret guldnanopartikler til selv at samle sig til usædvanligt store superkrystaller, der væsentligt kan forbedre detektionsfølsomheden for kemikalier i sprængstoffer eller stoffer.

"Vores superkrystaller har mere sansningsevne end almindelige spektroskopiinstrumenter, der i øjeblikket er i brug, ligesom en hunds næse har flere sanseevner end et menneskes, " sagde ledende Sandia-forsker Hongyou Fan.

Andre forskere rapporterede tidligere, at de dannede guldkrystaller, men kun i mikronområdet, for lille til kommerciel produktion, sagde fan, hvis submillimeter superkrystaller let manipuleres med industrielle værktøjer i makroverdenen.

Bænksensorerne, for nylig rapporteret i Naturkommunikation , er også overraskende billige, Fan siger. "Superkrystallerne er bygget af guld, men kun lidt af det. "Det tager 0,012 gram guld at danne en sensor, til en samlet materialepris på omkring 50 øre.

For at danne hver af Sandia-superkrystallerne, millioner af guld-nanopartikler samler sig selv tæt i ordnede rækker. Partiklerne udvikler naturligt facetter - der ligner dem, der er skåret i diamanter af en juveler - for at eksistere på det lavest mulige energiniveau, der er nødvendigt for at opretholde krystallens eksistens.

Krystalfacetter 'bugt' som hunde

Facetterne er dygtige til at genkende og transmittere signaler. De "bukter" i grupper som hunde - dvs. udsender et stærkt signal - når en forudbestemt ekstern frekvens "sniffes". Det er fordi, når en nanopartikel genkender en båndfrekvens og får den til at resonere, at energi vil gå til andre nanopartikler, koblet af nærhed og det lokale elektromagnetiske felt. De advarede nanopartikler øger responsen i en slags ekkohandling, gør mærkbar, hvad i mindre skarpe sensorer kan være gået ubemærket hen.

Den indledende dannelse af krystallerne involverer spredning af guldpartikler omkring 5 nanometer i diameter til et "godt" opløsningsmiddel, toluen. De udsættes derefter for et bad i et "fjendtligt" opløsningsmiddel, isopropanol, som partiklerne overmætter, og hvorfra de derefter udstødes eller udfældes.

De udstødte partikler, flygtninge fra løsningen, krystalliseres derefter som små frø. Væksten af ​​facetter gør dem tilgængelige for at reagere på en bred vifte af indkommende kemiske lugte eller lysbåndsfrekvenser.

De korrekte koncentrationer af materialer og partikelnedsænkningstider er vigtige faktorer for at skabe store krystaller. Processen kan tage så lang tid som en uge.