當奈米粒子在溶液中以三維方式橫衝直撞時，一種聰明的新顯微鏡設計讓 NIST 的奈米科技研究者能夠追蹤它們的移動。研究者希望這種技術，NIST 計畫申請專利，將能對液體中奈米粒子的動力學有更好的了解，而且，終能發(fā)展成制程控制技術以佳化奈米裝置的組裝。

 

在某些奈米尺度的制造技術借用微電子產業(yè)之微影術（lithography）與固態(tài)方法的同時，一種同樣有希望的方法則依賴“直接自我組裝”。這利用溶液中奈米粒子的物理學特性與化學親和力，誘使它們聚集并使它們在所想要的地點以所要求的結構排列。

 

潛在的產品包括非常敏感的化學與生物學感應器陣列，以及基于“量子點”與其他奈米尺度物質的、新的醫(yī)學與診斷材料。不過，當你的產品因太小而很難見到，要監(jiān)控這種組裝程序會很困難。

 

顯微鏡能幫得上忙，不過一具顯微鏡會將三維的液體容積視為二維的平面。除了當粒子經過此儀器聚焦的平面時會變得更模糊或較不模糊之外，在其視野中粒子的運動并沒有所謂的“上與下”之分。迄今，要提供溶液中奈米粒子移動之 3D 視野的嘗試，大部分都依賴模糊性（fuzziness）。光學理論與數學能基于模糊性當中不同的繞射圖案估計粒子距離焦面（focal plane）之上或之下多遠。然而，這種數學相當困難且耗時，而且演算法在實踐上并不嚴謹。

 

選擇之一（NIST 研究者在 American Physical Society 年會上報告）是利用幾何而非代數。尤其是，顯微鏡樣本有角度的側壁能當作鏡子，從頂部觀察的同時，能將容積側面向上反射至顯微鏡。（典型的樣本是 20 微米見方，15微米深。）顯微鏡會看見每個粒子二次，一次是水平平面的影像，另一次是垂直。因為二平面共用一個維度（譯注：(x,y)、(y,z)、(z,x) 其中二種），要計算二者的關連與算出每個粒子的三維路徑就很簡單了。"基本上，我們藉由在 2D 追蹤二次，簡化在 3D 追蹤時的問題，" 第一作者 Matthew McMahon 說。

 

2D 問題要解決比較簡單 -- 數種軟體技術所能計算與追蹤的 2D 位置好過 10 奈米。在細微尺度下測量奈米粒子的移動 -- 速度、擴散等等 -- 將允許研究者計算作用在粒子上的力，且能更了解不同化合物之間基本的互動法則。接著，這將允許更好的奈米粒子組裝程序設計與控制。