(Phys.org) —Los investigadores del Centro NIST de Ciencia y Tecnología a Nanoescala Gregg Gallatin y Andrew Berglund (ahora en Quantifind en Palo Alto, CA) han determinado la ruta óptima en la que escanear un rayo láser para rastrear una nanopartícula fluorescente a medida que la partícula se mueve dentro de un fluido o gas en dos o tres dimensiones.
La capacidad de rastrear con precisión las nanopartículas es extremadamente útil en biología, en dinámica de fluidos a nanoescala, y en nanotecnología en general. En biología, por ejemplo, si una o más nanopartículas fluorescentes están unidas a una proteína dentro de una célula, entonces se puede rastrear la posición y orientación de esa proteína mientras realiza sus funciones dentro de la célula. En nanofabricación, muchas técnicas involucran nanopartículas o nanoestructuras que se unen para formar materiales o dispositivos útiles y la optimización de estos procesos requiere datos precisos sobre cómo se mueven estas nanoestructuras. La ruta derivada por los investigadores se considera óptima porque produce los datos más precisos posibles sobre la posición de la nanopartícula en función del tiempo.
Los investigadores desarrollaron una fórmula simple para determinar la precisión posicional general en función de varios parámetros estándar del rayo láser, como la intensidad y el tamaño del rayo. La fórmula para la ruta óptima se derivó utilizando una técnica matemática clásica, el cálculo de variaciones, y la solución resultante se verificó mostrando que satisface las condiciones de optimalidad global (es decir, es la mejor solución entre todas las soluciones posibles) utilizando la teoría del diseño experimental óptimo. La precisión posicional se determinó mediante métodos estadísticos clásicos. Curiosamente, aunque el camino puede ser liso en dos dimensiones, en tres dimensiones, la viga necesita saltar para lograr la optimización.
Si bien la fórmula de precisión se obtuvo para la forma de rayo láser más común, un gaussiano, los investigadores están ampliando el trabajo para mostrar cómo cambiar la forma del rayo láser puede mejorar aún más la precisión del seguimiento.
