具有納米級精度的2D量子點和量子棒陣列的規模量產對一系列的器件而言都非常重要。盡管量子點電視現在已經商業化，但可以控制光的偏振和顏色，并能用于為VR設備生成圖像的量子棒則困難得多。在一項由美國海軍研究辦公室、美國國家科學基金會、美國陸軍研究辦公室、以及美國能源部和國家環境健康科學研究所資助的項目中，麻省理工學院的研究人員利用折疊DNA制成的支架，并提出了一種精確組裝量子棒陣列的新方法。實驗顯示，所述解決方案可以將制造時間從原來的數天縮短到數分鐘。

量子點（QD）和量子棒（QR）具有明亮和可調諧的窄帶光致發光發射特征，并可應用于一系列的先進設備，特別是Micro- LED領域。與OLED和LC顯示器相比，它們在亮度、顏色、最小像素尺寸和壽命方面具有優勢。量子棒特別有趣，因為它們具有偏振光發射，從而有望提高顯示設備的光學效率。早前有研究指出，當將發射極偶極子沿桿長軸對齊到LED結構中時，可以實現高達40%的耦出效率，這遠大于基于量子點的LED的典型耦出效率（<25%）。

量子棒的優勢對于先進的顯示應用至關重要，例如由Micro- LED組成的虛擬現實和增強現實設備。然而，高質量的偏振光源需要在納米到微米尺度沿其長軸排列量子棒，而傳統的相關技術難以可靠地生產。換句話說，以納米級精度可擴展地生產量子棒二維陣列的方法非常關鍵。

研究人員馬克·巴特（Mark Bathe）表示：“量子棒面臨的挑戰之一是如何在納米尺度排列它們，使它們都指向同一個方向。當它們都指向二維表面上的同一方向時，它們都具有與光相互作用并控制其偏振的相同特性。”DNA折紙技術是利用DNA分子所具有的結構特征和堿基互補配對原則折疊長鏈DNA的特定區域。它可以以亞納米精度在納米到微尺度編程納米材料的位置和方向。所以，將基于DNA折紙的納米材料集成到光子器件中是實現目標最有希望的途徑之一。

在研究中，麻省理工學院團隊開發了一種超快速超聲介導和脫水輔助功能化方法，將密集的DNA鏈層與量子點和量子棒從原始的有機溶劑偶聯到水緩沖液，從而大大縮短了合成所需的時間，從原來的數天時間縮短到數分鐘。團隊指出，這一方法可應用于具有各種尺寸、縱橫比和光譜的量子點和量子棒，如圖A所示。

量子點和量子棒具有較高的DNA密度，這使得它們在各種鹽水緩沖液中具有優異的穩定性，并且具有出色的結合親和力和對DNA折紙結構的保真度。具體來說，所述方法首先用硫醇衍生的ssDNA和Na+在有機溶劑中孵育分散的量子點或量子棒，然后進行超聲直到形成乳液。然后，加入1-丁醇使混合物瞬間脫水，令ssDNA凝聚在量子點和量子棒的表面，從而實現有效的偶聯。最后，加入水相緩沖液，對脫水輔助偶聯高密度表面DNA產生的量子點和量子棒進行復水和回收，如圖B。

然后，用線框折紙模板制造密集的DNA功能化量子點/量子棒陣列。利用前人的研究，團隊開發了表面輔助大規模組裝方法，直接在固體襯底構建二維折紙晶格，以模板量子點/量子棒二維陣列，并完全控制納米顆粒間距和方向，如圖C所示。

具體來說，具有量子點/量子棒結合懸垂的二維折紙首先在每個折紙邊緣使用匹配的橫向懸垂/空位，從而直接在云母表面組裝成二維晶格。然后，采用一價陽離子、熱退火和表面選擇懸垂來允許表面擴散、誤差校正和適當的著陸側選擇，從而實現大的、連續的晶格顆粒。用高密度互補DNA鏈功能化的量子點/量子棒可以組裝到折紙晶格上，而方向和間距由折紙排列決定。

這個過程只需要數分鐘，比任何現有的將DNA附著到納米級粒子的方法都要快得多。團隊認為，這可能是實現量子棒商業應用的關鍵。巴特指出：“這種方法的獨特之處在于，它幾乎普遍適用于任何與納米顆粒表面有親和力的親水配體，使得它們能夠立即推到納米級顆粒的表面。通過利用這種方法，我們將制造時間從幾天顯著減少到幾分鐘。”

DNA鏈就像魔術貼一樣幫助量子棒粘在DNA折紙模板，從而形成一層覆蓋在硅酸鹽表面的薄膜。這種DNA薄膜首先是通過自組裝形成的，通過沿邊緣懸垂的DNA鏈將鄰近的DNA模板連接在一起。現在，將所述研究轉化為商業設備是團隊下一步的重點。同時，研究人員希望創造具有蝕刻圖案的晶圓級表面，從而允許他們將設計擴展到量子棒的設備級排列，并用于一系列的應用。

（來源：映維網）