Sondeo de campo cercano con un solo QD. una. Imagen óptica del dispositivo microfluídico de canales cruzados. El flujo en la región de control central (círculo punteado) se manipula en dos dimensiones mediante cuatro electrodos externos (no mostrados). Barra de escala, 500 μm. (b) Esquema de la técnica de posicionamiento e imagen. Un solo QD se impulsa a lo largo de una trayectoria cercana al cable mediante el control de flujo. El acoplamiento entre QD y AgNW se mide mediante la intensidad radiada desde los extremos del cable o mediante mediciones de la vida útil de QD. El recuadro muestra una imagen de microscopía electrónica de barrido de un AgNW típico utilizado en nuestros experimentos (barra de escala, 1 μm). El sistema de coordenadas x-y se define en relación con la orientación del AgNW, como se ilustra en el recuadro.
(Phys.org) —Buscando formas de ver, posición, la medida, y manipular con precisión objetos a nanoescala es un desafío continuo para los investigadores que desarrollan la próxima generación de electrónica ultracompacta, sensores y dispositivos ópticos. Incluso los microscopios convencionales más avanzados están limitados por la difracción de la longitud de onda más corta de la luz visible, unos 400 nanómetros, haciéndolos incapaces de producir imágenes o mediciones de objetos que son significativamente más pequeños que este umbral.
Los investigadores intentan resolver este problema mediante el uso de "sondeos de informes". Un microscopio óptico de barrido de campo cercano (NSOM), por ejemplo, está equipado con una sonda unida a una fina punta mecánica que puede escanear un objeto a nanoescala y crear una imagen basada en el campo electromagnético que genera. Pero los NSOM son complejos, equipos delicados y costosos, y la presencia de la punta perturba la interacción entre la sonda y la muestra, distorsionando la imagen.
Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Maryland (UMD), publicado en el 5 de febrero de Número de 2013 de la revista Nature Communications, describe una técnica novedosa para obtener imágenes muy por debajo del límite de difracción mediante el uso de una partícula que es mucho más pequeña que la longitud de onda de la luz como sonda óptica. La partícula se manipula con alta precisión utilizando un dispositivo de microfluidos de bajo costo. El avance ha permitido a los investigadores capturar mediciones a nanoescala con una precisión espacial de 12 nanómetros.
Puntos cuánticos:focos nanoscópicos en un río microscópico
Un punto cuántico es un tamaño de 3 a 6 nanómetros, partícula semiconductora de aproximadamente 25 veces el diámetro de un solo átomo. A temperatura ambiente, los puntos cuánticos pueden emitir fotones de luz individuales que se pueden sintonizar en una longitud de onda deseada. Esto las convierte en sondas ideales para examinar nanoestructuras más pequeñas que el umbral de luz visible. Colocado cerca de un objeto a nanoescala, el punto cuántico se convierte en una especie de foco que amplifica lo que el microscopio por sí solo no puede ver.
¿El problema? Es difícil capturar y escanear un solo punto cuántico sobre otro objeto a nanoescala.
La solución del equipo de UMD radica en un dispositivo de microfluidos que manipula y posiciona puntos cuánticos utilizando un control de flujo de precisión. Un algoritmo informático analiza los puntos dispersos en el interior, seleccionando uno para que sea la sonda de informes. A medida que el dispositivo de microfluidos crea un flujo de fluido, el punto objetivo comienza a moverse. Un proceso de retroalimentación guiado por imágenes rastrea continuamente la ubicación del punto y ajusta el flujo en consecuencia. Por ejemplo, si se observa que el punto está al noroeste de su ubicación deseada, se crea un flujo sureste para moverlo a su lugar.
Esta técnica brinda a los investigadores la capacidad de manipular un solo punto con precisión, guiándolo rápidamente a las ubicaciones deseadas, y manteniéndolo en cada posición con precisión nanométrica para que pueda usarse para escanear objetos. Se mide la respuesta del punto a cada objeto escaneado, proporcionando información sobre los campos electromagnéticos del objeto con resolución a nanoescala. Dado que nada mecánico toca el punto cuántico o afecta su interacción con los objetos que escanea, las imágenes producidas están libres de distorsiones, limpio y afilado.
Un superior, Técnica menos costosa
"En otras técnicas de manipulación de partículas, por ejemplo, pinzas láser, la fuerza aplicada a una partícula escala con su volumen, "explica el profesor Benjamin Shapiro de la Escuela de Ingeniería Clark (Departamento de Bioingeniería de Fischell y el Instituto de Investigación de Sistemas), uno de los coautores del artículo. "Pero las fuerzas viscosas que aplica el flujo de fluido se escalan con el diámetro de la partícula. A nanoescala, El flujo de fluido tiene un mayor efecto sobre la partícula que las técnicas de la competencia. permitiéndonos movernos, guiar e inmovilizar el punto cuántico con mayor facilidad y precisión ".
Además de su superioridad técnica, el nuevo sistema de manipulación a nanoescala es mucho menos costoso que la microscopía óptica de barrido de campo cercano, que requiere equipos que cuestan cientos de miles de dólares.
"La nueva técnica es más versátil, más fácil de implementar, y más precisa en un orden de magnitud que la microscopía óptica de barrido de campo cercano convencional, "dice el colega de Shapiro, Prof. Edo Waks (Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática e Instituto de Investigación en Electrónica y Física Aplicada). "Básicamente, podemos tomar un microscopio, agregue un dispositivo microfluídico desechable, y supere las capacidades de un NSOM a una fracción del costo y la complejidad.
"Un estudiante universitario podría construir el dispositivo microfluídico básico de dos canales utilizado en el proceso, utilizando técnicas estándar de fabricación blanda, en menos de una hora por menos de $ 50, " él añade.
El equipo de UMD espera empaquetar todos los componentes necesarios del sistema en un producto complementario económico para microscopios.
