För att låsa upp molekyldetekteringsförmågan hos guldnanopartiklar krävs ofta positioneringstekniker som ligger utanför gränserna för konventionell litografi. Ett A*STAR -team visar nu att en kombination av topografiska mallar och lokaliserade fällor som lämnas av förångande vätskor kan tillverka grupper av nanopartiklar med kontrollerbara separationer under fem nanometer.

Lämnad ensam, nanopartiklar tenderar att agglomerera på grund av deras höga entropi. Eftersom det är avgörande att hålla guldnanosfärer inställda avstånd från varandra för applikationer, inklusive optisk biobildning, forskare utvecklar sätt att tillverka hundratusentals av dessa objekt automatiskt. En lovande väg, känd som riktad självmontering, avsätter flytande suspensioner av reagenser på substrat med fördefinierade småskaliga mönster. Flytande kapilläråtgärd drar sedan nanopartiklarna inuti mallarna och skjuter dem till sina målplatser.

Mohamed Asbahi från Institute of Materials Research and Engineering på A*STAR påminner om att han försökte kontrollera självmontering inom kvadratiska mallar när han och hans medarbetare gjorde en spännande upptäckt. "Vi ökade hålrumsstorleken i mallarna, och förväntas se fler nanopartiklar inuti försöker optimera sitt arrangemang, "säger han." Men med toluen som lösningsmedel, bara fyra nanopartiklar var instängda i varje hörn av en torg - oavsett hur stor håligheten. "

För att förklara detta beteende, forskarna utvecklade en virtuell modell för att simulera interaktioner mellan de deponerade nanopartiklarna och lösningsmedlet i trånga håligheter. Dessa beräkningar visade att efter att vätskan börjar torka ut, formen på det tillbakadragande gränssnittet spelade en nyckelroll i positioneringen. Till exempel, långsträckta flytande "fingrar" i fyrkantiga mallar tvingade nanopartiklar att flytta till hörn där lösningsmedelsvolymen är störst.

"Vi blev överraskade av denna effekt innan vi förstod fysiken bakom den, "säger Asbahi." Men efter att vi förutspådde att oregelbundna håligheter var mer framgångsrika när det gäller att styra nanopartiklar än liksidiga, vi valde att validera våra förklaringar med triangulära mallar. "

Arbeta med toppmodern elektronstråle litografi, forskarna tillverkade mallar som innehåller tusentals trianglar bara några nanometer i skala. Att jämföra liksidigt med rätvinkliga trianglar avslöjade potentialen i asymmetriska mönster-upp till tre nanopartiklar kunde fångas och placeras vid olika nanoskalaavskiljningar i rätvinkliga mallar.

Ytterligare experiment visade att särskilda vätskor kan ha olika inverkan på nanoskala mönster. Medan toluen tenderar att "klämma fast" på mallstrukturen och fånga nanopartiklar vid lägre än normala densiteter, hexanlösningsmedel ger fullpackade ytor. Asbahi noterar att den kontroll som erbjuds av denna teknik kan vara tillräcklig för integration i prefabricerade kretsar och plasmoniska nanostrukturer.