Oavsett om det har att göra med att göra pennor eller bygga rymdfärjor, tillverkningsprocessen består av att skapa komponenter och sedan försiktigt montera dem. Men när det gäller oändligt små strukturer, manipulera och montera högpresterande nanopartiklar på ett substrat är ingen elak prestation.

Forskare i EPFL:s laboratorium för mikrosystem, som leds av Jürgen Brugger, har kommit på ett sätt att placera hundratusentals nanopartiklar mycket exakt på en centimeter kvadratisk yta. Nanopartiklarna placerades inom en nanometer - mot 10 till 20 nanometer med konventionella metoder - och orienterades inom en grad.

Deras arbete, som publicerades i Naturnanoteknik , sätter scenen för utvecklingen av nanometriska enheter som optisk detektionsutrustning och biologiska sensorer. "Om vi ​​lyckas placera guldnanopartiklar en nanometer från varandra, vi kunde, till exempel, begränsa ljuset i en utomordentlig grad och upptäcka eller interagera med enskilda molekyler, "sa Valentin Flauraud, huvudförfattaren.

"Spela golf" med nanopartiklar

För deras studier, forskarna använde guldnanopartiklar som odlades kemiskt i en vätska. "Dessa nanopartiklar uppvisar bättre egenskaper än de som produceras genom avdunstning eller etsning, men det är svårare att manipulera dem, eftersom de hänger i en vätska, sa Flauraud.

Deras teknik består i att ta en droppe vätska full av nanopartiklar och värma den så att nanopartiklarna samlas på en given plats. Denna droppe dras sedan över ett substrat med nanometriska barriärer och hål.

När nanopartiklarna stöter på dessa hinder, de lossnar från vätskan och fångas upp av hålen. "Det är lite som att spela minigolf, "sa forskaren. Varje fälla är utformad för att orientera en nanopartikel på ett specifikt sätt." Utmaningen var att ta reda på hur vätskan, partiklarna och substratet interagerar i nanometrisk skala så att vi kan fånga nanopartiklarna effektivt, "sa Massimo Mastrangeli, den andra författaren och nu forskare vid Max Planck Institute for Intelligent Systems i Stuttgart.

Skriver ut alfabetet med nanopartiklar

För att visa hur bra deras metod fungerar, forskarna antog flera utmaningar. Först, de testade de optiska egenskaperna hos deras system med ett kraftfullt transmissionselektronmikroskop i EPFL:s tvärvetenskapliga centrum för elektronmikroskopi (CIME).

De visade sedan att deras teknik kunde användas för att producera geometriskt komplexa strukturer genom att skriva ut alfabetet med nanopartiklar - den minsta segmentvisning i världen. "Allt detta arbete utfördes på EPFL och är resultatet av starka synergier mellan de olika tekniska plattformarna och laboratorierna, "sade professor Brugger." Det är ett utmärkt exempel på hur top-down och bottom-up-metoder kan kombineras, öppnar dörren till många outforskade områden inom nanoteknik. "