Desbloquear las capacidades de detección de moléculas de las nanopartículas de oro a menudo requiere técnicas de posicionamiento que están más allá de los límites de la litografía convencional. Un equipo A * STAR ahora demuestra que una combinación de plantillas topográficas y trampas localizadas dejadas por los líquidos en evaporación pueden fabricar matrices de nanopartículas con separaciones controlables por debajo de cinco nanómetros.

Dejado solo Las nanopartículas tienden a aglomerarse debido a su alta entropía. Debido a que mantener las nanoesferas de oro a distancias separadas es fundamental para las aplicaciones, incluida la bioimagen óptica, los investigadores están desarrollando formas de fabricar cientos de miles de estos objetos automáticamente. Una ruta prometedora conocido como autoensamblaje dirigido, deposita suspensiones líquidas de reactivos sobre sustratos con patrones predefinidos a pequeña escala. La acción capilar líquida luego dibuja las nanopartículas dentro de las plantillas y las empuja a sus ubicaciones objetivo.

Mohamed Asbahi, del Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales de A * STAR, recuerda haber intentado controlar el autoensamblaje dentro de plantillas cuadradas cuando él y sus compañeros de trabajo hicieron un descubrimiento intrigante. "Estábamos aumentando el tamaño de las cavidades en las plantillas, y esperaba ver más nanopartículas en el interior tratando de optimizar su disposición, ", dice." Pero con tolueno como disolvente, sólo cuatro nanopartículas quedaron atrapadas en cada esquina de un cuadrado, sin importar cuán grande sea la cavidad ".

Para explicar este comportamiento, los investigadores desarrollaron un modelo virtual para simular interacciones entre las nanopartículas depositadas y el solvente dentro de cavidades confinadas. Estos cálculos mostraron que después de que el líquido comienza a secarse, la forma de la interfaz en retirada jugó un papel clave en el posicionamiento. Por ejemplo, Los "dedos" líquidos alargados dentro de plantillas cuadradas obligaron a las nanopartículas a moverse hacia las esquinas donde el volumen de disolvente es mayor.

"Nos sorprendió este efecto antes de comprender la física detrás de él, ", dice Asbahi." Pero después de que predijimos que las cavidades irregulares tenían más éxito en la dirección de nanopartículas que las equiláteras, optamos por validar nuestras explicaciones con plantillas triangulares ".

Trabajando con litografía por haz de electrones de última generación, los investigadores fabricaron plantillas que contenían miles de triángulos con solo unos pocos nanómetros de escala. La comparación de triángulos equiláteros con ángulos rectos reveló el potencial de patrones asimétricos:hasta tres nanopartículas podrían quedar atrapadas y ubicadas en varias separaciones a nanoescala en plantillas en ángulo recto.

Otros experimentos demostraron que determinados líquidos pueden tener diferentes impactos en los patrones de nanoescala. Mientras que el tolueno tiende a 'clavarse' a la estructura de la plantilla y atrapar nanopartículas en densidades más bajas de lo normal, Los disolventes de hexano producen superficies completamente empaquetadas. Asbahi señala que el control que ofrece esta técnica podría ser suficiente para la integración en circuitos prefabricados y nanoestructuras plasmónicas.