(Phys.org)—I ricercatori del NIST Center for Nanoscale Science and Technology Gregg Gallatin e Andrew Berglund (ora al Quantifind a Palo Alto, CA) hanno determinato il percorso ottimale in cui scansionare un raggio laser per tracciare una nanoparticella fluorescente mentre la particella si muove all'interno di un fluido o gas in due o tre dimensioni.
La capacità di tracciare accuratamente le nanoparticelle è estremamente utile in biologia, in fluidodinamica su scala nanometrica, e nelle nanotecnologie in generale. In biologia, Per esempio, se una o più nanoparticelle fluorescenti sono attaccate a una proteina all'interno di una cellula, è possibile monitorare la posizione e l'orientamento di quella proteina mentre svolge le sue funzioni all'interno della cellula. Nella nanofabbricazione, molte tecniche coinvolgono nanoparticelle o nanostrutture che si uniscono per formare materiali o dispositivi utili e l'ottimizzazione di questi processi richiede dati accurati su come si muovono queste nanostrutture. Il percorso derivato dai ricercatori è considerato ottimale perché fornisce i dati più precisi possibili sulla posizione della nanoparticella in funzione del tempo.
I ricercatori hanno sviluppato una semplice formula per determinare l'accuratezza della posizione complessiva in funzione di vari parametri standard del raggio laser come l'intensità del raggio e la dimensione del raggio. La formula per il percorso ottimale è stata derivata utilizzando una tecnica matematica classica, il calcolo delle variazioni, e la soluzione risultante è stata verificata dimostrando che soddisfa le condizioni di ottimalità globale (cioè è la soluzione migliore tra tutte le possibili soluzioni) utilizzando la teoria del disegno sperimentale ottimo. L'accuratezza posizionale è stata determinata utilizzando metodi statistici classici. interessante, sebbene il percorso possa essere agevole in due dimensioni, in tre dimensioni il raggio deve saltare per raggiungere l'ottimalità.
Mentre la formula di precisione è stata derivata per la forma del raggio laser più comune, una gaussiana, i ricercatori stanno ampliando il lavoro per mostrare come la modifica della forma del raggio laser possa migliorare ulteriormente la precisione del tracciamento.
