Sølvforinger:Tilføjelse af sølv til nanoclusters kan gøre underværker for deres luminescens

Forskere ved Tokyo Institute of Technology har opdaget, at et sølvdoteret platinthiolat-nanometalkompleks viser 18 gange større fotoluminescens end det originale platinkompleks. I deres seneste avis, de giver indsigt i årsagerne til dette, kronen på en ny tilgang til at skabe effektive ikke-toksiske og biokompatible forbindelser til biobilleddannelse.

De fleste af os har mødt luminescens i en eller anden form, det være sig ildfluer om natten eller planktoner i havet, eller endda en glødepind på messen. Selvom et vidunderligt fænomen i sig selv, luminescens har en større appel til videnskabsmænd af mere specifikke årsager, såsom dens evne til at få lysfølsomme biologiske prøver til at lyse i mørket under mikroskopet.

For nylig, metal nanoklynger - meget små partikler i størrelsesområdet nogle få nanometer - har fået en del opmærksomhed fra biokemikere som lovende fotoluminescerende materialer til biobilleddannelse, i betragtning af deres passende størrelse for permeabilitet i forskellige organer, deres ikke-toksicitet, og deres biokompatibilitet, i modsætning til eksisterende organiske farvestoffer eller halvledernanopartikler. Der er, imidlertid, et grundlæggende problem, der forhindrer deres udbredte anvendelse:fotoluminescensen er ekstremt lav og kortvarig.

Et team af forskere fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japan, tror, ​​at dette kan skyldes, at mekanismerne bag disse partiklers fotoluminescerende adfærd stadig er dårligt forstået. I deres seneste papir offentliggjort i Angewandte Chemie , holdet, ledet af prof. Takane Imaoka, rapporter deres opdagelse af det faktum, at doping af et platinthiolatkompleks med sølv øger fotoluminescensen med 18 gange! De graver også i hvorfor, ved at komme ned til atomerne i et sølvdoteret platinthiolatkompleks.

Deres røntgenkrystallografiske observation af strukturen viste, at sølvionen er i midten af ​​en tiaraformet platinkompleksring. Yderligere observation afslørede, at fotoluminescensen under UV-bestråling er høj, når denne struktur er i sin krystalform, eller når dens opløsning i et organisk opløsningsmiddel er ultraafkølet til 77 K eller -196,15 °C. Prof. Imaoka stiller spørgsmålene, som disse observationer rejste:"En årsag til disse fotoluminescensstigninger er, at den termiske bevægelse af komponenterne i ringdelen undertrykkes under disse forhold. Men hvilken rolle spiller strukturen, og har grænsemolekylære orbitaler noget som helst at gøre med denne stigning?"

At finde ud af, holdet udførte tæthedsfunktionsteoretiske beregninger. Disse beregninger gav dem en idé om kompleksets strukturer baseret på energitilstande og geometri af molekylære orbitaler - rækkevidden af ​​elektronbevægelser inden for strukturen. De fandt ud af, at når de fik energi, såsom med UV-bestråling, strukturen holdes stabil af sølvionen, fører til god fotoluminescens; dette er i modsætning til ringstrukturen alene, som bliver stærkt forvrænget ved excitation. "Det kan skyldes, at størrelsen af ​​sølvionen og hulrummet i platinthiolatringen passer godt sammen, og orbitalerne er i god justering, " Prof. Imaoka forklarer. "Enhver forvrængning ville forårsage en energisk ugunstig frastødning. Sølvionen fungerer som en skabelon til at opretholde den højt ordnede struktur af det tiara-lignende kompleks, derved enormt forbedre dens fosforescens."

Forskerne udførte også fotofysiske undersøgelser, der gav lovende resultater. Den sølvdoterede struktur undergik meget mindre ikke-strålende henfald end den ikke-doterede struktur.

Disse resultater bekræfter resultaterne fra en anden undersøgelse af et stavformet sølvion-doteret guldkompleks. "Hvis der er en mærkbar sammenhæng mellem denne undersøgelse og tidligere sådanne undersøgelser, så kunne sølvionens evne til at stabilisere de ledige molekylære orbitaler med lavere energi i disse strukturer være den nye nøgle til at designe fotoluminescerende metalnanoklynger. Detaljerne i grænsemolekylære orbitaler, der er unikke for hver klynge, kunne være nyttige til at forudsige ideelle strukturer af metalliske klynger, og måske, skinne lys på vejen til at udvikle nye og effektive i fremtiden, " Prof. Imaoka kommenterer, begejstret for sit arbejde. Og hvem ville ikke være, hvis ét atom er alt, der skal til for at gøre en forskel?