當(dāng)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(shè)計(jì)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(shù)，NIST 計(jì)畫申請專利，將能對液體中奈米粒子的動力學(xué)有更好的了解，而且，終能發(fā)展成制程控制技術(shù)以佳化奈米裝置的組裝。

 

在某些奈米尺度的制造技術(shù)借用微電子產(chǎn)業(yè)之微影術(shù)（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(xué)特性與化學(xué)親和力，誘使它們聚集并使它們在所想要的地點(diǎn)以所要求的結(jié)構(gòu)排列。

 

潛在的產(chǎn)品包括非常敏感的化學(xué)與生物學(xué)感應(yīng)器陣列，以及基于“量子點(diǎn)”與其他奈米尺度物質(zhì)的、新的醫(yī)學(xué)與診斷材料。不過，當(dāng)你的產(chǎn)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(dāng)粒子經(jīng)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(yùn)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(xué)理論與數(shù)學(xué)能基于模糊性當(dāng)中不同的繞射圖案估計(jì)粒子距離焦面（focal plane）之上或之下多遠(yuǎn)。然而，這種數(shù)學(xué)相當(dāng)困難且耗時，而且演算法在實(shí)踐上并不嚴(yán)謹(jǐn)。

 

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(shù)。尤其是，顯微鏡樣本有角度的側(cè)壁能當(dāng)作鏡子，從頂部觀察的同時，能將容積側(cè)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?yàn)槎矫婀灿靡粋€維度（譯注：(x,y)、(y,z)、(z,x) 其中二種），要計(jì)算二者的關(guān)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(shù)種軟體技術(shù)所能計(jì)算與追蹤的 2D 位置好過 10 奈米。在細(xì)微尺度下測量奈米粒子的移動 -- 速度、擴(kuò)散等等 -- 將允許研究者計(jì)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(shè)計(jì)與控制。