Hace más de una década, los teóricos predijeron la posibilidad de una nanolente - una cadena de tres esferas de nanoescala que enfocarían la luz entrante en un lugar mucho más pequeño que sea posible con la microscopía convencional. Tal dispositivo haría posible imágenes de resolución extremadamente altao detección biológica. Pero los científicos no habían podido construir y organizar muchas nanolentes en un área grande.
"Ahí es donde entramos", dijo Xiaoying Liu, científico investigador principal del Instituto de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago. Liu y Paul Nealey, el Profesor Dougan en Ingeniería Molecular, se unieron a expertos en nanofotónica en el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aéreay la Universidad Estatal de Florida para inventar una forma novedosa de construir nanolentes en grandes matrices utilizando una combinación de técnicas químicas y litográficas.
Alinearon tres nanopartículas de oro esféricas de tamaños graduados en el arreglo de cadena de perlas que predijeron producir el efecto de enfoque. La clave, dijo Liu, fue el control: "Colocamos cada bloque de construcción de nanopartículas individuales exactamente en la posición que queríamos"ir. Esa es la esencia de nuestra técnica de fabricación "
El equipo describió su técnica en la última edición de Materiales avanzados . El primer paso emplea los métodos litográficos utilizados para hacer circuitos impresos para crear una máscara química. Las hojas de la máscara de Liu y Nealey exponen un patrón de tres puntos de tamaño decreciente en un sustrato como el silicio o el vidrio que no absorberán el oro.nanopartículas
patrones delicados
La litografía permite patrones extremadamente precisos y delicados, pero no puede producir estructuras tridimensionales. Por lo tanto, los científicos usaron la química para construir sobre el sustrato estampado en tres dimensiones. Trataron las manchas con cadenas de polímeros que luego fueron atadas alsustrato a través de enlaces químicos.
"El contraste químico entre los tres puntos y el fondo hace que las partículas de oro vayan solo a los puntos", dijo Liu. Para lograr que cada uno de los tres tamaños de nanoesferas se adhieran solo a su propio punto designado, los científicos jugaron con elfuerza de la interacción química entre el punto y la esfera. "Controlamos el tamaño de las diferentes áreas en el patrón químico y controlamos el potencial de interacción de la química de esas áreas con las nanopartículas", dijo Nealey.
Solo el punto más grande tiene la cantidad de fuerza necesaria para atraer y retener la partícula más grande; la interacción de la partícula con los puntos medios y pequeños es demasiado débil.
Cuando las esferas grandes se adsorben, los científicos usan el mismo truco para colocar las esferas de tamaño mediano en los puntos de tamaño mediano y finalmente pasar a las más pequeñas.
"Es como la historia de los Tres Osos", dijo Nealey. "Podemos poner los grandes en los puntos grandes, pero no se adhieren a los puntos más pequeños; luego coloque el siguiente tamaño en el punto medio, perono se adhiere al punto pequeño. Mediante esta fabricación secuencial podemos llegar a estos conjuntos precisos de tres partículas de diferentes tamaños muy cerca una de la otra ".
Pequeñas separaciones
Las esferas están separadas solo por unos pocos nanómetros. Es esta pequeña separación, junto con el orden secuencial de las esferas de diferentes tamaños, lo que produce el efecto de nanolente.
"Obtiene esta concentración en la intensidad de la luz entre las nanopartículas pequeñas y medianas", dijo Nealey.
Los científicos ya están explorando el uso de este "punto caliente" para la detección de alta resolución mediante espectroscopía. "Si coloca una molécula allí, interactuará con la luz enfocada", dijo Liu. "El campo mejorado en estos puntos calientes seayudarlo a obtener órdenes de magnitud de señales más fuertes. Y eso nos da la oportunidad de obtener una detección ultrasensible. Quizás, en última instancia, podamos detectar moléculas individuales ".
Los investigadores también prevén la aplicación de su técnica de fabricación a nanopartículas de otras formas, como barras y estrellas. "La física de las partículas con formas diferentes a las esferas permite incluso un espectro más amplio de aplicaciones", dijo Nealey.
"Existe una gran variedad de propiedades que podría obtener al colocar partículas con formas asimétricas una al lado de la otra". El método tendrá una amplia aplicación para cualquier proceso que requiera la colocación precisa de materiales cerca del mismo tipo o de diferentes tipos de materiales.Nealey predice que "será parte de la forma en que se realiza la nanomanufactura".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Chicago . Original escrito por Carla Reiter. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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