纳米粒子是研究人员梦寐以求的构建基块，能够展现微小原子和庞大传统材料的特性。然而，它们通常只像球一样，这使得将它们组装成固体结构（而非类似于杂货店里的橘子展示架）变得困难。现在，研究人员在创造和使用过去难以操控的纳米结构方面取得了重大进展。
在1月19日出版的《科学》杂志上，麻省理工学院的材料科学家弗朗西斯科·斯特拉奇及其同事公布了一种使纳米粒子像链条中的链环一样工作的方法，能够相互钩连成珠串。该策略是利用所谓的“毛球定理”，该定理指出，如果一个球体上覆盖着毛发，试图将这些毛发刷平，使其全部平躺，总会留下两根毛发直立，每根都在相对的极点。（想象一下沿着纬度线将地球仪上的毛发压平；最终，极点上的毛发会竖立起来。）
研究人员用两种硫分子毛发的混合物覆盖了金纳米粒子。毛发应该竖立的点基本上变成了纳米粒子表面不稳定的缺陷，使得替换这些毛发变得容易。斯特拉奇和他的同事用表现为把手的化学物质替代了这些突出的毛发，使纳米粒子能够相互抓住。
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“这真的使纳米粒子类似于原子——特别是具有两个化学键的二价原子。您现在可以使用它们形成真正有趣的结构，就像您可以用原子制造分子一样，”斯坦福大学材料科学家崔屹说。斯特拉奇提到，他的团队现在正在寻求使纳米粒子各自具有四个键的方法。
这些纳米结构可以与纳米线连接在一起，以帮助形成先进的电子器件。研究人员可以通过自下而上生长或自上而下蚀刻纳米线来制造纳米线，类似于从原木中削出牙签。自下而上的方法面临着将每根微小、柔软且经常随机分散的线集成到器件中的挑战，而自上而下的方法，包括更传统的工业技术，“就像钢锯”，耶鲁大学生物医学工程师埃里克·斯特恩解释说。它们留下粗糙边缘的纳米线，电气性能较差。
在2月1日出版的《自然》杂志上，耶鲁大学的研究人员公布了一种蚀刻方法，可以制造出高质量、光滑壁的纳米线。诀窍是使用铵盐TMAH。与迄今为止使用的其他溶剂相比，它可以更缓慢、更平滑地蚀刻硅。耶鲁大学生物医学工程师塔雷克·法赫米补充说，该技术很容易与标准工业半导体工艺兼容，这将有助于将纳米线集成到电子器件中。
这些纳米线被证明对它们的环境极其敏感，在与分子接触时电压会发生变化。它们可以通过感知细胞释放的酸，在大约10秒内检测到T细胞对异物化合物的免疫反应激活。通过使用标记抗体的传统诊断方法，检测这种激活通常需要几分钟甚至几小时才能完成。研究人员还表明，与抗体结合的纳米线可以检测到低至每立方毫米60个癌症相关分子，与目前任何最先进的传感器一样好。
约翰·霍普金斯大学的免疫学家乔纳森·施内克说：“您可以想象在急诊室、办公室或战场等护理点使用基于这些纳米线的设备诊断患者。“就反应速度而言，这代表了一种比我见过的任何即将出现的技术都更强大的工具。”