Utilizzando un'abile combinazione di nanotecnologia e chimica di base, I ricercatori dei Sandia National Laboratories hanno incoraggiato le nanoparticelle d'oro ad autoassemblarsi in supercristalli insolitamente grandi che potrebbero migliorare significativamente la sensibilità di rilevamento di sostanze chimiche in esplosivi o droghe.

"I nostri supercristalli hanno più capacità di rilevamento rispetto ai normali strumenti di spettroscopia attualmente in uso, proprio come il naso di un cane ha più capacità di rilevamento di quello di un umano, ", ha affermato il ricercatore capo Sandia Hongyou Fan.

Altri ricercatori hanno precedentemente riferito di formare supercristalli d'oro ma solo nell'intervallo dei micron, troppo piccolo per la produzione commerciale, ha detto Fan, i cui supercristalli submillimetrici sono facilmente manipolabili con strumenti industriali del macromondo.

I sensori da banco, recentemente segnalato in Comunicazioni sulla natura , sono anche sorprendentemente economici, dice il tifoso. "I supercristalli sono fatti d'oro, ma solo un po'." Ci vogliono 0,012 grammi d'oro per formare un sensore, per un costo totale dei materiali di circa 50 centesimi.

Per formare ciascuno dei supercristalli Sandia, milioni di nanoparticelle d'oro si autoassemblano strettamente in file ordinate. Le particelle sviluppano naturalmente sfaccettature, simili a quelle tagliate nei diamanti da un gioielliere, per esistere al livello di energia più basso possibile necessario per mantenere l'esistenza del cristallo.

Sfaccettature di cristallo 'baia' come segugi

Le sfaccettature sono abili nel riconoscere e trasmettere segnali. Si "abbaiano" in gruppi come cani, cioè emettono un segnale forte, quando viene "annusata" una frequenza esterna predeterminata. Questo perché quando una nanoparticella riconosce una frequenza di banda e la fa risuonare, quell'energia passerà ad altre nanoparticelle, accoppiato dalla vicinanza e dal campo elettromagnetico locale. Le nanoparticelle allertate aumentano la risposta in una sorta di azione echeggiante, rendendo evidente ciò che in sensori meno acuti potrebbe essere passato inosservato.

La formazione iniziale dei cristalli comporta la dispersione di particelle d'oro di circa 5 nanometri di diametro in un "buon" solvente, toluene. Vengono quindi sottoposti a un bagno in un solvente "ostile", isopropanolo, cui le particelle si sovrasaturano e da cui vengono poi espulse o precipitate.

Le particelle espulse, profughi dalla soluzione, poi cristallizzano come piccoli semi. La crescita delle sfaccettature li rende disponibili per rispondere a un'ampia varietà di odori chimici in entrata o frequenze di banda luminosa.

Le corrette concentrazioni di materiali e tempi di immersione delle particelle sono fattori importanti nella creazione di grandi cristalli. Il processo può richiedere fino a una settimana.