(Phys.org)—Ett team av forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har visat att genom att föra guldnanopartiklar nära prickarna och använda en DNA-mall för att kontrollera avstånden, intensiteten av en kvantpunkts fluorescens kan förutsägbart ökas eller minskas. Detta genombrott öppnar en potentiell väg till att använda kvantprickar som en komponent i bättre fotodetektorer, kemiska sensorer och lasrar i nanoskala.

Alla som har försökt ställa in en radio vet att om man flyttar sina händer mot eller bort från antennen kan det förbättra eller förstöra mottagningen. Även om orsakerna är väl förstådda, att kontrollera denna konstiga effekt är svårt, även med hundra år gammal radioteknik. Liknande, nanoteknikforskare har varit frustrerade när de försöker kontrollera ljuset som sänds ut från kvantprickar, som ljusnar eller dämpas i närheten av andra partiklar.

NIST-teamet utvecklade sätt att exakt och exakt placera olika typer av nanopartiklar nära varandra och för att mäta beteendet hos de resulterande nanoskalkonstruktionerna. Eftersom nanopartikelbaserade uppfinningar kan kräva flera typer av partiklar för att fungera tillsammans, det är avgörande att ha tillförlitliga metoder för att montera dem och att förstå hur de samverkar.

Forskarna tittade på två typer av nanopartiklar, kvantprickar, som lyser med fluorescerande ljus när de är upplysta, och guld nanopartiklar, som länge har varit kända för att öka ljusintensiteten runt dem. De två skulle kunna arbeta tillsammans för att göra nanoskala sensorer byggda med rektanglar av vävda DNA-strängar, bildas med hjälp av en teknik som kallas "DNA-origami".

Dessa DNA-rektanglar kan konstrueras för att fånga olika typer av nanopartiklar på specifika platser med en precision på cirka en nanometer. Små förändringar i avståndet mellan en kvantpunkt och en guldnanopartikel nära varandra på rektangeln gör att kvantpunkten lyser mer eller mindre starkt när den rör sig bort från eller mot guldet. Eftersom dessa små rörelser lätt kan upptäckas genom att spåra förändringarna i kvantpunktens ljusstyrka, de kan användas för att avslöja, till exempel, närvaron av en viss kemikalie som är selektivt fäst vid DNA-rektangeln. Dock, att få det att fungera korrekt är komplicerat, säger NIST:s Alex Liddle.

"En kvantprick är mycket känslig för avståndet mellan den och guldet, samt storleken, antal och arrangemang av guldpartiklarna, säger Liddle, en forskare vid NIST Center for Nanoscale Science and Technology. "Dessa faktorer kan öka dess fluorescens, maskera det eller ändra hur länge dess glöd varar. Vi ville ha ett sätt att mäta dessa effekter, som aldrig hade gjorts tidigare."

Liddle och hans kollegor gjorde flera grupper av DNA-rektanglar, var och en med olika konfiguration av kvantprickar och guldpartiklar i en lösning. Att använda en laser som strålkastare, teamet kunde följa rörelsen av individuella DNA-rektanglar i vätskan, och kunde även upptäcka förändringar i kvantprickarnas fluorescerande livslängd när de var nära guldpartiklar av olika storlekar. De visade också att de exakt kunde förutsäga livslängden för kvantpunktens fluorescens beroende på storleken på de närliggande guldnanopartiklarna.

Medan deras spårningsteknik var tidskrävande, Liddle säger att styrkan i deras resultat kommer att göra det möjligt för dem att konstruera prickarna för att ha en specifik önskad livslängd. Dessutom, framgången för deras spårningsmetod skulle kunna leda till bättre mätmetoder.

"Våra huvudmål för framtiden, " avslutar han, "är att bygga bättre sensorer i nanoskala med detta tillvägagångssätt och att utveckla den mätteknik som krävs för att mäta deras prestanda."