Наноскопические штрихкоды устанавливают новый научный предел
Использование штрихкодов для маркировки предметов — обычное дело. Теперь представьте, что эти коды уменьшены в миллион раз, до нанометрового масштаба, чтобы их можно было использовать внутри живых клеток для отслеживания «кирпичиков жизни» или добавлять в чернила для защиты от подделок. Новое фундаментальное исследование в Nature Communications показывает возможности наноинженерии на атомном уровне.
Коллаборация под руководством Технологического университета Сиднея (UTS) разработала метод роста нанокристаллов, который контролирует направление роста, создавая программируемые атомарно тонкие слои и произвольные наностержни с морфологической однородностью. Результат — миллионы различных наноштрихкодов, которые могут сформировать «библиотеку» для будущих применений в наносенсорике.
Исследователи ожидают, что такие структуры привлекут широкий интерес как носители информации для био-нанотехнологий, наук о жизни и хранения данных после их внедрения в различные матрицы.
Ведущий автор, доктор Шиуэй Вэнь, заявил, что работа задаёт эталон, который откроет потенциал для создания более миниатюрных нанофотонных устройств.
«Неорганические наноструктуры-штрихкоды жёсткие, что позволяет легко контролировать состав, толщину и точное расстояние между различными функциональными сегментами для геометрического кодирования за пределами оптического дифракционного предела. Поскольку они химически и оптически стабильны, наноскопические штрихкоды могут использоваться как носители для доставки и отслеживания лекарств в клетке после дальнейшей модификации и функционализации поверхности зондовыми молекулами и грузами», — сказал доктор Вэнь из Института биомедицинских материалов и устройств (IBMD) UTS.
Команда также добилась прорыва, разработав новую тандемную систему декодирования, использующую наноскопию сверхвысокого разрешения для характеристики различных оптических штрихкодов в пределах дифракционного предела.
Старший автор, директор IBMD UTS, профессор Дайонг Джин отметил, что коммерческих систем для такого типа сверхразрешающей визуализации не существует.
«Нам пришлось создать инструментарий, чтобы диагностировать сложные функции, которые можно целенаправленно встроить в крошечный наностержень. Вместе это позволяет раскрыть дальнейший потенциал для размещения атомов и молекул там, где мы хотим, чтобы продолжать миниатюризацию устройств. Это был первый раз, когда мы смогли использовать систему сверхразрешения, чтобы зондировать, активировать и считать конкретный функциональный сегмент внутри наностержня.
Представьте крошечное устройство, меньше одной тысячной ширины человеческого волоса, и мы можем выборочно активировать определённую его область, увидеть оптические свойства, количественно их оценить. Эта наука теперь открывает множество новых возможностей», — сказал он. Профессор Джин также является содиректором Совместного исследовательского центра UTS-SUStech.
Исследователи предполагают, что разработанные наноразмерные оптические устройства можно будет одновременно использовать для маркировки различных клеточных видов.
«Эти устройства также легко применимы для защиты от подделок высочайшего уровня, когда разные их партии смешиваются с чернилами и могут быть легко напечатаны на дорогостоящих продуктах для аутентификации», — сказал доктор Вэнь.