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(shù)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(shù)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(shù)。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(shù)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。