محققان فناوری نانو در موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) آمریکا می‌توانند با استفاده از میکروسکوپ جدیدی که طراحی کرده‌اند، حرکت نانوذرات را درون محلول در سه‌بعد ردگیری کنند.
ردیابی مسیر حرکت سه‌بعدی نانوذرات توسط میکروسکوپ جدید
محققان فناوری نانو در موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) آمریکا می‌توانند با استفاده از میکروسکوپ جدیدی که طراحی کرده‌اند، حرکت نانوذرات را درون محلول در سه‌بعد ردگیری کنند. این محققان امیدوارند با استفاده از این فناوری جدید (که می‌خواهند آن را به عنوان یک اختراع به ثبت برسانند) درک بهتری از دینامیک نانوذرات درون سیالات و در نتیجه روش‌های کنترل فرایند پیدا کرده و بتوانند ساخت ابزارهای مبتنی بر فناوری نانو را بهینه کنند.
با وجودی که برخی از روش‌های ساخت نانومقیاس از لیتوگرافی و روش‌های حالت جامد در صنعت میکروالکترونیک به عاریت گرفته شده‌اند، روش مشابه دیگری نیز وجود دارد که مبتنی بر «خودآرایی مستقیم» است. در این روش از ویژگی‌های فیزیکی و تمایلات شیمیایی نانوذرات در محلول برای القای تجمع آنها کنار یکدیگر استفاده شده و بدین ترتیب نانوذرات خود را به شکل ساختارهای مورد نظر و در موقعیت‌های مطلوب آرایش می‌دهند.
از کاربردهای بالقوه این روش می‌توان به آرایه‌ای از حسگرهای زیستی و شیمیایی بسیار حساس، مواد پزشکی و تشخیصی جدید مبتنی بر نقاط کوانتومی، و مواد نانومقیاس دیگر اشاره کرد. اما زمانی که محصول کوچک‌تر از آن است که دیده شود، کنترل فرایند خودآرایی مشکل است.
میکروسکوپ‌ها می‌توانند در این زمینه کمک کنند، اما یک میکروسکوپ، حجم سه‌بعدی یک سیال را به صورت یک صفحه دو بعدی می‌بیند. حرکات ذرات به سمت «بالا و پایین» قابل تشخیص نیست، غیر از این که با حرکت به سمت بالا، ذرات تیره‌تر و یا روشن‌تر دیده می‌شوند. تاکنون تلاش‌ها برای دیدن سه‌بعدی حرکات نانوذرات در محلول عمدتاً بر تیرگی و حاشیه تصاویر متکی بوده است. با استفاده از تئوری اپتیک و ریاضیات و بر اساس الگوهای پراش مشاهده شده در حاشیه ذرات می‌توان تخمین زد که تا چه اندازه یک ذره بالاتر یا پایین‌تر از صفحه تمرکز میکروسکوپ قرار دارد. با این حال ریاضی این محاسبات سخت و زمان‌بر بوده و الگوریتم‌های مورد استفاده در عمل دقیق نیستند.
یکی از روش‌های حل این مشکل که محققان NIST در نشست سالانه انجمن فیزیک آمریکا مطرح کردند، استفاده از علم هندسه به جای جبر است. به طور خاص، دیواره‌های زاویه‌دار جانبی نمونه میکروسکوپی به صورت آینه‌هایی عمل می‌کنند که علاوه بر نمای بالایی نمونه، نمای جانبی از حجم آن را تا میکروسکوپ منعکس می‌کنند. این میکروسکوپ هر ذره را دو بار می‌بیند، یک تصویر در صفحه افقی و یک تصویر در صفحه عمودی. چون این دو تصویر در یک بعد مشترک هستند، برای ایجاد ارتباط میان آن دو و فهمیدن مسیر سه‌بعدی ذرات، یک محاسبه ساده مورد نیاز می‌باشد. متیو مک ماهان مسئول این گروه پژوهشی می‌گوید: «به طور بنیادی ما مشکل ردیابی در سه بعد را به مشکل ردیابی در دو بعد کاهش داده‌ایم».
