奈米粒子是研究人員夢寐以求的構建基塊，能夠展現微小原子和龐大傳統材料的特性。然而，它們通常只像球一樣，這使得將它們組裝成固體結構（而非類似於雜貨店裡的橘子展示架）變得困難。現在，研究人員在創造和使用過去難以操控的奈米結構方面取得了重大進展。
在1月19日出版的《科學》雜誌上，麻省理工學院的材料科學家弗朗西斯科·斯特拉奇及其同事公佈了一種使奈米粒子像鏈條中的鏈環一樣工作的方法，能夠相互鉤連成珠串。該策略是利用所謂的“毛球定理”，該定理指出，如果一個球體上覆蓋著毛髮，試圖將這些毛髮刷平，使其全部平躺，總會留下兩根毛髮直立，每根都在相對的極點。（想象一下沿著緯度線將地球儀上的毛髮壓平；最終，極點上的毛髮會豎立起來。）
研究人員用兩種硫分子毛髮的混合物覆蓋了金奈米粒子。毛髮應該豎立的點基本上變成了奈米粒子表面不穩定的缺陷，使得替換這些毛髮變得容易。斯特拉奇和他的同事用表現為把手的化學物質替代了這些突出的毛髮，使奈米粒子能夠相互抓住。
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“這真的使奈米粒子類似於原子——特別是具有兩個化學鍵的二價原子。您現在可以使用它們形成真正有趣的結構，就像您可以用原子製造分子一樣，”斯坦福大學材料科學家崔屹說。斯特拉奇提到，他的團隊現在正在尋求使奈米粒子各自具有四個鍵的方法。
這些奈米結構可以與奈米線連線在一起，以幫助形成先進的電子器件。研究人員可以透過自下而上生長或自上而下蝕刻奈米線來製造奈米線，類似於從原木中削出牙籤。自下而上的方法面臨著將每根微小、柔軟且經常隨機分散的線整合到器件中的挑戰，而自上而下的方法，包括更傳統的工業技術，“就像鋼鋸”，耶魯大學生物醫學工程師埃裡克·斯特恩解釋說。它們留下粗糙邊緣的奈米線，電氣效能較差。
在2月1日出版的《自然》雜誌上，耶魯大學的研究人員公佈了一種蝕刻方法，可以製造出高質量、光滑壁的奈米線。訣竅是使用銨鹽TMAH。與迄今為止使用的其他溶劑相比，它可以更緩慢、更平滑地蝕刻矽。耶魯大學生物醫學工程師塔雷克·法赫米補充說，該技術很容易與標準工業半導體工藝相容，這將有助於將奈米線整合到電子器件中。
這些奈米線被證明對它們的環境極其敏感，在與分子接觸時電壓會發生變化。它們可以透過感知細胞釋放的酸，在大約10秒內檢測到T細胞對異物化合物的免疫反應啟用。透過使用標記抗體的傳統診斷方法，檢測這種啟用通常需要幾分鐘甚至幾小時才能完成。研究人員還表明，與抗體結合的奈米線可以檢測到低至每立方毫米60個癌症相關分子，與目前任何最先進的感測器一樣好。
約翰·霍普金斯大學的免疫學家喬納森·施內克說：“您可以想象在急診室、辦公室或戰場等護理點使用基於這些奈米線的裝置診斷患者。“就反應速度而言，這代表了一種比我見過的任何即將出現的技術都更強大的工具。”