Sbloccare le capacità di rilevamento delle molecole delle nanoparticelle d'oro spesso richiede tecniche di posizionamento che vanno oltre i limiti della litografia convenzionale. Un team di A*STAR ora dimostra che una combinazione di modelli topografici e trappole localizzate lasciate dall'evaporazione dei liquidi può fabbricare array di nanoparticelle con separazioni controllabili al di sotto dei cinque nanometri.

Lasciato solo, le nanoparticelle tendono ad agglomerarsi a causa della loro elevata entropia. Poiché mantenere le distanze tra le nanosfere d'oro è fondamentale per le applicazioni, compresa la bioimmagine ottica, i ricercatori stanno sviluppando modi per fabbricare automaticamente centinaia di migliaia di questi oggetti. Un percorso promettente, noto come autoassemblaggio diretto, deposita sospensioni liquide di reagenti su substrati con schemi predefiniti su piccola scala. L'azione capillare del liquido attira quindi le nanoparticelle all'interno dei modelli spingendole nelle posizioni target.

Mohamed Asbahi dell'Institute of Materials Research and Engineering di A*STAR ricorda di aver tentato di controllare l'autoassemblaggio all'interno di modelli di forma quadrata quando lui e i suoi colleghi hanno fatto una scoperta intrigante. "Stavamo aumentando le dimensioni delle cavità nei modelli, e si aspettava di vedere più nanoparticelle all'interno cercando di ottimizzare la loro disposizione, " dice. "Ma con il toluene come solvente, solo quattro nanoparticelle sono state intrappolate in ogni angolo di un quadrato, non importa quanto sia grande la cavità".

Per spiegare questo comportamento, i ricercatori hanno sviluppato un modello virtuale per simulare le interazioni tra le nanoparticelle depositate e il solvente all'interno di cavità confinate. Questi calcoli hanno mostrato che dopo che il liquido inizia ad asciugarsi, la forma dell'interfaccia che si ritira ha giocato un ruolo chiave nel posizionamento. Per esempio, "dita" liquide allungate all'interno di modelli quadrati hanno costretto le nanoparticelle a spostarsi negli angoli in cui il volume del solvente è il più grande.

"Siamo rimasti sorpresi da questo effetto prima di capire la fisica dietro di esso, " dice Asbahi. "Ma dopo aver previsto che le cavità irregolari avevano più successo nel dirigere le nanoparticelle rispetto a quelle equilatere, abbiamo scelto di convalidare le nostre spiegazioni con modelli triangolari."

Lavorando con la litografia a fascio di elettroni all'avanguardia, i ricercatori hanno fabbricato modelli contenenti migliaia di triangoli in scala di pochi nanometri. Il confronto tra triangoli equilateri e triangoli rettangolari ha rivelato il potenziale di modelli asimmetrici:fino a tre nanoparticelle potrebbero essere intrappolate e posizionate a varie separazioni su nanoscala in modelli ad angolo retto.

Ulteriori esperimenti hanno dimostrato che particolari liquidi possono avere impatti diversi sui modelli su scala nanometrica. Mentre il toluene tende a "bloccarsi" sulla struttura del modello e intrappolare le nanoparticelle a densità inferiori al normale, i solventi esano producono superfici completamente impaccate. Asbahi osserva che il controllo offerto da questa tecnica potrebbe essere sufficiente per l'integrazione in circuiti prefabbricati e nanostrutture plasmoniche.