纳米级条形码设定了新的科学极限

使用条形码来标记和识别日常用品就像去超市一样熟悉。想象一下，将这些条形码缩小一百万倍，从毫米级到纳米级，这样它们就可以在活细胞内用于标记、识别和跟踪生命的组成部分，或者混合到墨水中以防止伪造。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的操纵——新的基础研究，发表在《自然通讯》上，展示了未来的可能性和机遇。

悉尼科技大学 (UTS) 牵头合作开发了一种控制生长方向的纳米晶体生长方法，生产可编程原子薄层、任意条形码纳米棒，具有形态均匀性。结果是数以百万计的不同种类的纳米条形码可以形成未来纳米传感应用的“库”。

研究人员预计，这种条形码结构一旦被纳入各种矩阵，将在作为生物纳米技术、生命科学、数据存储的信息纳米载体的一系列应用中引起广泛的兴趣。

主要作者史慧文博士说，这项研究提供了一个基准，将为设计更小的纳米光子器件开辟潜力。

“无机纳米条码结构是刚性的，很容易控制几何条码不同功能段之间的复合、厚度和距离精度，超出光学衍射极限。由于它们具有化学和光学稳定性，纳米级条码可以用作载体用于药物输送和跟踪进入细胞，一旦条形码结构的表面被探针分子和货物进一步修饰和功能化，”来自 UTS 生物医学材料和设备研究所 (IBMD) 的 Wen 博士说。

该团队还开发了一种新颖的串联解码系统，使用超分辨率纳米显微镜在衍射极限内表征不同的光学条码，从而取得了额外的突破。

资深作者、UTS IBMD 主任、金大勇教授表示，目前还没有可用于此类超分辨率成像的商业系统。

“我们必须构建仪器来诊断可以有意构建到微小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我们想要的位置的进一步潜力，以便我们可以继续使设备小型化。这就是我们第一次能够使用超分辨率系统来探测、激活和读出纳米棒内的特定功能片段。

“想象一个微型设备，它的宽度不到人类头发的千分之一，我们可以选择性地激活该设备的特定区域，查看光学特性，对其进行量化。这就是现在显示出许多新可能性的科学，”他说. 金教授也是悉尼科技大学-南科大联合研究中心的联合主任。

研究人员设想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。

“当不同批次的设备与墨水混合时，这些设备也很容易适用于高安全级别的防伪，并且可以很容易地打印在高价值产品上进行认证。” 温医生说。

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