Med hjälp av en listig kombination av nanoteknik och grundläggande kemi, Sandia National Laboratories forskare har uppmuntrat guldnanopartiklar att självmontera till ovanligt stora superkristaller som avsevärt kan förbättra upptäcktskänsligheten för kemikalier i sprängämnen eller droger.

"Våra superkristaller har mer avkänningsförmåga än vanliga spektroskopiinstrument som för närvarande används, precis som en hunds näsa har mer avkänningsförmåga än en människas, "sade ledande Sandia -forskaren Hongyou Fan.

Andra forskare rapporterade tidigare att de bildade guldkristaller men bara i mikronområdet, för liten för kommersiell produktion, sa Fan, vars submillimeter superkristaller är lätt att manipulera med industriella verktyg i makrovärlden.

Bänkskivans sensorer, rapporterade nyligen i Naturkommunikation , är också förvånansvärt billiga, Fan säger. "Superkristallerna är byggda av guld, men bara lite av det. "Det krävs 0,012 gram guld för att bilda en sensor, för en total materialkostnad på ungefär 50 cent.

För att bilda var och en av Sandia superkristaller, miljontals guldnanopartiklar tätt självmonterade i ordnade rader. Partiklarna utvecklar naturligt facetter - som liknar dem som diamanter skärs av en juvelerare - för att existera på den lägsta möjliga energinivå som behövs för att behålla kristallens existens.

Kristallfasetter "bukt" som hundar

Facetterna är skickliga på att känna igen och överföra signaler. De "viker" i grupper som hundar - det vill säga avger en stark signal - när en förutbestämd extern frekvens "snusas". Det beror på att när en nanopartikel känner igen en bandfrekvens och får den att resonera, att energin kommer att passera till andra nanopartiklar, kopplad av närhet och det lokala elektromagnetiska fältet. De varnade nanopartiklarna förstärker svaret med en slags ekande handling, att märka vad i mindre skarpa sensorer kan ha passerat obemärkt.

Den första bildningen av kristallerna innebär att dispergera guldpartiklar med en diameter på cirka 5 nanometer i ett "bra" lösningsmedel, toluen. De utsätts sedan för ett bad i ett "fientligt" lösningsmedel, isopropanol, som partiklarna övermättar och från vilka de sedan matas ut eller fälls ut.

De utmatade partiklarna, flyktingar från lösningen, kristallisera sedan som små frön. Tillväxten av facetter gör dem tillgängliga för att reagera på en mängd olika inkommande kemiska lukter eller ljusbandfrekvenser.

Rätt materialkoncentration och nedsänkning av partiklar är viktiga faktorer för att skapa stora kristaller. Processen kan ta så lång tid som en vecka.