(PhysOrg.com) -- Stephan Link wil begrijpen hoe nanomaterialen op één lijn liggen, en het nieuwste werk van zijn lab is een stap in de goede richting.

De Rice University-groep van Link heeft een manier gevonden om gouden nanostaafjes als oriëntatiesensoren te gebruiken door hun plasmonische eigenschappen te combineren met polarisatiebeeldvormingstechnieken.

Dat maakt het mogelijk om enkele nanodeeltjes over lange perioden te zien en misschien te volgen. Het zou onderzoekers nieuwe informatie geven over materialen, inclusief levende systemen, die ze opnemen.

"Met een bolvormig deeltje, je hebt geen informatie over hoe het is georiënteerd, " zei Link, een assistent-professor scheikunde en elektrische en computertechniek bij Rice. "We wilden zien of we de oriëntatie van de nanostaafjes konden bepalen, en uiteindelijk willen we de oriëntatie van de omgeving waarin ze zich bevinden kunnen meten. We denken dat deze techniek daar heel nuttig voor kan zijn."

Koppeling, hoofdauteur Wei-Shun Chang, een rijstonderzoeker, en hun medewerkers rapporteerden deze week hun resultaten in de online editie van de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Het zien van een enkel nanodeeltje is niets nieuws. Een scanning tunneling microscope (STM) kan beelden van deeltjes tot enkele nanometers vastleggen; deeltjes gelabeld met fluorescerende moleculen kunnen worden gezien zolang de fluoroforen actief zijn. Link gebruikte deze laatste methode om vorig jaar nanocars te laten zien die op kamertemperatuur rollen.

Maar er zijn problemen met elk van die technieken. STM's zien nanobuisjes of kwantumdots prima, zolang ze min of meer geïsoleerd zijn op een geleidend oppervlak. Maar in het wild, de deeltjes zouden verloren gaan tussen de rommel van al het andere dat de microscoop ziet. En hoewel fluoroforen kunnen helpen deeltjes uit de menigte te halen, ze kunnen in slechts 30 seconden verslechteren, wat hun bruikbaarheid beperkt.

Gouden nanostaafjes kunnen naar believen worden "verlicht". Lasers op bepaalde golflengten wekken oppervlakteplasmonen op die de energie absorberen en een warmtesignatuur uitzenden die kan worden gedetecteerd door een sondelaser. Omdat plasmonen sterk gepolariseerd zijn over de lengte van een nanostaafje, het signaal lezen terwijl de polarisatie van de laser wordt gedraaid, vertelt onderzoekers precies hoe de staaf is georiënteerd.

Een elektronenmicroscoopfoto uit het nieuwe artikel toont nanostaafjes van ongeveer 75 nanometer lang en 25 nanometer breed op een glasplaatje in een hoek van 90 graden ten opzichte van elkaar. Een aangrenzend fotothermisch beeld toont ze als gepixelde vegen. De vegen zijn het sterkst wanneer de laserpolarisatie in de lengte uitgelijnd is met de nanostaafjes, maar ze verdwijnen wanneer de laserpolarisatie en de staven 90 graden uit fase zijn.

"Met plasmonica, je hebt altijd twee eigenschappen:absorptie en verstrooiing, "Zei Link. "Afhankelijk van de grootte, het een of het ander domineert. Wat uniek is, is dat het nu mogelijk is om beide op dezelfde structuur of afzonderlijk te doen - dus we kunnen alleen absorptie meten of alleen verstrooiing meten."

Nanostaafjes die veel kleiner zijn dan 50 nanometer zijn niet detecteerbaar door sommige verstrooiingsmethoden, Link zei, maar fotothermische detectie zou moeten werken met metaaldeeltjes zo klein als vijf nanometer; dit maakt ze bruikbaar voor biologische toepassingen. "Deze gouden nanostaafjes zijn biocompatibel. Ze zijn niet giftig voor cellen, " zei Chang, wijzend op hun gelijkenis met gouden nanoshells die momenteel worden uitgevoerd in onderzoeken naar kankertherapie bij mensen, gebaseerd op onderzoek door Rice-wetenschappers Naomi Halas en Jennifer West.

"Ons werk is meer gericht op de fundamenten, Link zei over de fundamentele aard van het onderzoek van zijn groep. "Misschien kunnen we de omstandigheden optimaliseren, en dan kan een arts of iemand die een sonde ontwerpt het vanaf daar overnemen.

"Onze plek ligt iets verder in de ontwikkelingsketen. Daar ben ik blij mee."