(Phys.org) - Een team van onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) heeft aangetoond dat door gouden nanodeeltjes dicht bij de stippen te brengen en een DNA-sjabloon te gebruiken om de afstanden te regelen, de intensiteit van de fluorescentie van een kwantumpunt kan voorspelbaar worden verhoogd of verlaagd. Deze doorbraak opent een potentieel pad naar het gebruik van kwantumdots als onderdeel in betere fotodetectoren, chemische sensoren en lasers op nanoschaal.

Iedereen die wel eens heeft geprobeerd een radio af te stemmen, weet dat het bewegen van de handen naar of van de antenne af de ontvangst kan verbeteren of verpesten. Hoewel de redenen goed worden begrepen, het beheersen van dit vreemde effect is moeilijk, zelfs met honderd jaar oude radiotechnologie. evenzo, nanotechnologie-onderzoekers zijn gefrustreerd bij het controleren van het licht dat wordt uitgestraald door kwantumstippen, die oplichten of dimmen met de nabijheid van andere deeltjes.

Het NIST-team ontwikkelde manieren om verschillende soorten nanodeeltjes nauwkeurig en nauwkeurig bij elkaar te plaatsen en het gedrag van de resulterende constructies op nanoschaal te meten. Omdat op nanodeeltjes gebaseerde uitvindingen mogelijk meerdere soorten deeltjes nodig hebben om samen te werken, het is cruciaal om betrouwbare methoden te hebben om ze samen te stellen en om te begrijpen hoe ze op elkaar inwerken.

De onderzoekers keken naar twee soorten nanodeeltjes, kwantum stippen, die gloeien met fluorescerend licht wanneer ze verlicht zijn, en gouden nanodeeltjes, waarvan al lang bekend is dat ze de intensiteit van het licht om hen heen versterken. De twee zouden kunnen samenwerken om sensoren op nanoschaal te maken die zijn gebouwd met behulp van rechthoeken van geweven DNA-strengen, gevormd met behulp van een techniek die 'DNA-origami' wordt genoemd.

Deze DNA-rechthoeken kunnen worden ontworpen om verschillende soorten nanodeeltjes op specifieke locaties te vangen met een nauwkeurigheid van ongeveer één nanometer. Kleine veranderingen in de afstand tussen een kwantumdot en een gouden nanodeeltje bij elkaar op de rechthoek zorgen ervoor dat de kwantumdot min of meer fel gloeit als hij van of naar het goud beweegt. Omdat deze kleine bewegingen gemakkelijk kunnen worden gedetecteerd door de veranderingen in de helderheid van de kwantumstip te volgen, ze kunnen worden gebruikt om te onthullen, bijvoorbeeld, de aanwezigheid van een bepaalde chemische stof die selectief aan de DNA-rechthoek is gehecht. Echter, om het goed te laten werken is ingewikkeld, zegt Alex Liddle van NIST.

"Een kwantumdot is zeer gevoelig voor de afstand tussen het en het goud, evenals de grootte, aantal en rangschikking van de gouddeeltjes, " zegt Lidl, een wetenschapper bij het NIST Center for Nanoscale Science and Technology. "Deze factoren kunnen de fluorescentie versterken, maskeer het of verander hoe lang de gloed duurt. We wilden een manier om deze effecten te meten, wat nog nooit eerder was gedaan."

Liddle en zijn collega's maakten verschillende groepen DNA-rechthoeken, elk met een andere configuratie van kwantumstippen en gouddeeltjes in een oplossing. Een laser als schijnwerper gebruiken, het team was in staat om de beweging van individuele DNA-rechthoeken in de vloeistof te volgen, en kon ook veranderingen in de fluorescerende levensduur van de kwantumstippen detecteren wanneer ze dicht bij gouddeeltjes van verschillende groottes waren. Ze toonden ook aan dat ze de levensduur van de fluorescentie van de kwantumdot precies konden voorspellen, afhankelijk van de grootte van de nabijgelegen gouden nanodeeltjes.

Hoewel hun volgtechniek tijdrovend was, Liddle zegt dat de kracht van hun resultaten hen in staat zal stellen om de stippen een specifieke gewenste levensduur te geven. Bovendien, het succes van hun volgmethode zou kunnen leiden tot betere meetmethoden.

"Onze belangrijkste doelen voor de toekomst, " concludeert hij, "zijn om met deze benadering betere sensoren op nanoschaal te bouwen en de metrologie te ontwikkelen die nodig is om hun prestaties te meten."