Манипуляции наночастицами золота с помощью испарения растворителя

Для использования молекулярно-детектирующих свойств наночастиц золота требуются методы позиционирования, выходящие за пределы возможностей обычной литографии. Команда A*STAR продемонстрировала, что комбинация топографических шаблонов и локальных ловушек, образующихся при испарении жидкости, позволяет создавать массивы наночастиц с контролируемым расстоянием менее пяти нанометров.

Наночастицы золота склонны к агломерации. Поскольку для таких применений, как оптическая биовизуализация, критически важно удерживать наносферы на заданном расстоянии, исследуются способы автоматического создания сотен тысяч таких объектов. Один из перспективных путей — направленная самосборка — наносит жидкие суспензии реагентов на подложки с предопределёнными наноразмерными паттернами. Капиллярные силы затем перемещают наночастицы внутрь шаблонов к целевым позициям.

Исследователи, увеличивая размер квадратных полостей в шаблонах, ожидали увидеть внутри больше наночастиц. Однако при использовании толуола в качестве растворителя в каждом квадрате оказывалось зафиксировано только четыре наночастицы — по одной в каждом углу — независимо от размера полости.

Для объяснения этого поведения была создана виртуальная модель, симулирующая взаимодействия между осаждёнными наночастицами и растворителем в ограниченных полостях. Расчёты показали, что после начала высыхания жидкости ключевую роль в позиционировании играет форма отступающего графика раздела фаз. Например, удлинённые «пальцы» жидкости внутри квадратных шаблонов вынуждали наночастицы перемещаться в углы, где объём растворителя был наибольшим.

Предсказав, что нерегулярные полости лучше направляют наночастицы, чем равносторонние, команда проверила гипотезу на треугольных шаблонах. Используя современную электронно-лучевую литографию, были изготовлены шаблоны с тысячами треугольников нанометрового масштаба. Сравнение равносторонних и прямоугольных треугольников выявило потенциал асимметричных паттернов: в прямоугольных шаблонах можно было захватить и расположить до трёх наночастиц с различными наноразмерными расстояниями.

Дальнейшие эксперименты показали, что разные жидкости по-разному влияют на наноразмерные паттерны:

• Толуол имеет тенденцию «закрепляться» на структуре шаблона и захватывать наночастицы при плотности ниже обычной.
• Растворители на основе гексана дают полностью упакованные поверхности.

Этот метод предлагает уровень контроля, достаточный для интеграции в предварительно изготовленные схемы и плазмонные наноструктуры.