研究员合作开发纳米晶体生长方法助力纳米光子学器件发展

使用条形码标记和识别日常物品就像去超市购物一样简单。想象一下，将这些条形码从毫米到纳米缩小一百万倍，以便它们可以在活细胞内部用于标记，识别和追踪生命的组成部分，或者掺入墨水中以防止伪造。

这是纳米工程的前沿，需要在原子水平上制造和控制纳米结构-新的基础研究发表在《自然通讯》上（“具有超越衍射极限的多维光学信息的纳米棒”）显示了未来的可能性和机遇。

示意图说明了导致纳米棒形成的途径。必须满足各种条件，包括可控的表面活性剂浓度（OA-）量和相对较低的壳前体浓度，否则，将形成纳米板，纳米哑铃和前体自成核产生的小纳米颗粒。b三个典型的异质纳米棒的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像，比例尺为50 nm。c 18段异质纳米棒的大面积HAADF-STEM图像，比例尺为100 nm。d c中异质纳米棒的五个成对的NaErF4片段的距离统计（每个成对的中心到中心具有不同的颜色标记）。（©Nature Communications）

悉尼科技大学（UTS）领导的合作开发了一种纳米晶体生长方法，该方法可控制生长方向，产生可编程的原子薄层，任意条形码的纳米棒，并具有形态均匀性。结果是数百万种不同种类的纳米条形码可以形成未来纳米级传感应用的“库”。

研究人员预计，一旦将条形码结构整合到各种矩阵中，它们将在生物纳米技术，生命科学，数据存储等信息纳米载体中引起广泛的兴趣。

首席作者温世慧博士说，这项研究提供了一个基准，将助力工程化较小的纳米光子学器件的发展。

“无机纳米条形码结构是刚性的，很容易控制不同功能段之间的复合，厚度和距离精度，以进行超出光学衍射极限的几何条形码。因为它们具有化学和光学稳定性，所以一旦条形码结构的表面被探针分子和载物进一步修饰和功能化后，纳米条形码就可以用作药物递送和追踪进入细胞的载体。”生物医学材料与装置研究所（IBMD）表示。

该团队还开发了新颖的串联解码系统，这是另一个突破，它使用超分辨率纳米技术在衍射极限内表征不同的光学条形码。

悉尼科技大学IBMD主任，大勇金教授说，目前尚无用于这种超分辨率成像的商业系统。

“我们必须制造一种仪器来诊断可以故意嵌入到微型纳米棒中的复杂功能。这些共同使我们能够释放将原子分子放置在所需位置的进一步潜力，因此我们可以继续使设备小型化。这是我们第一次能够使用超分辨率系统探测，激活和读出纳米棒中的特定功能部分。

“想象一下一个很小的设备，它的宽度小于人发的千分之一，我们可以选择性地激活该设备的特定区域，查看其光学特性，并对它们进行量化。这是一门科学，现在显示出许多新的可能性。”他说。金教授还是UTS-SUStech联合研究中心的联合主任。

研究人员设想，所开发的纳米级光学设备可以同时用于标记不同的细胞物种。

“当这些设备的不同批次与墨水混合使用时，这些设备也很容易应用于高安全级别的防伪，并且可以很容易地印在高价值产品上进行认证。” 温博士说