DNA og kvanteprikker:Alt, der glimter, er ikke guld

(Phys.org) - Et team af forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har vist, at ved at bringe guld nanopartikler tæt på prikkerne og bruge en DNA -skabelon til at kontrollere afstandene, intensiteten af ​​en quantum dot's fluorescens kan forudsigeligt øges eller reduceres. Dette gennembrud åbner en potentiel vej til at bruge kvantepunkter som en komponent i bedre fotodetektorer, kemiske sensorer og nanoskala lasere.

Enhver, der har prøvet at stille en radio, ved, at det kan forbedre eller ødelægge modtagelsen ved at bevæge deres hænder mod eller væk fra antennen. Selvom årsagerne er godt forstået, det er svært at kontrollere denne mærkelige effekt, selv med hundrede år gammel radioteknologi. Tilsvarende nanoteknologiforskere har været frustrerede over at forsøge at kontrollere lyset fra kvantepunkter, som lysner eller dæmpes med nærheden af ​​andre partikler.

NIST -teamet udviklede måder til nøjagtigt og præcist at placere forskellige slags nanopartikler tæt på hinanden og måle adfærden for de resulterende nanoskala -konstruktioner. Fordi nanopartikelbaserede opfindelser kan kræve, at flere typer partikler arbejder sammen, det er afgørende at have pålidelige metoder til at samle dem og forstå, hvordan de interagerer.

Forskerne kiggede på to typer nanopartikler, kvanteprikker, der lyser med fluorescerende lys, når det er oplyst, og guld nanopartikler, som længe har været kendt for at øge lysintensiteten omkring dem. De to kunne arbejde sammen om at lave nanoskala sensorer bygget ved hjælp af rektangler af vævede DNA -tråde, dannet ved hjælp af en teknik kaldet "DNA origami."

Disse DNA -rektangler kan konstrueres til at fange forskellige typer nanopartikler på bestemte steder med en præcision på omkring et nanometer. Små ændringer i afstanden mellem en kvanteprik og en guldnanopartikel i nærheden af ​​hinanden på rektanglet får kvanteprikken til at lyse mere eller mindre klart, når den bevæger sig væk fra eller mod guldet. Fordi disse små bevægelser let kan detekteres ved at spore ændringerne i kvantepunktets lysstyrke, de kan bruges til at afsløre, for eksempel, tilstedeværelsen af ​​et bestemt kemikalie, der er selektivt knyttet til DNA -rektanglet. Imidlertid, det er kompliceret at få det til at fungere korrekt siger NISTs Alex Liddle.

"En kvanteprik er meget følsom over for afstanden mellem den og guldet, samt størrelsen, guldpartiklernes antal og arrangement "siger Liddle, en videnskabsmand med NIST Center for Nanoscale Science and Technology. "Disse faktorer kan øge dets fluorescens, masker det eller skift, hvor længe dets glød varer. Vi ønskede en måde at måle disse effekter på, som aldrig var blevet gjort før. "

Liddle og hans kolleger lavede flere grupper af DNA -rektangler, hver med en anden konfiguration af kvanteprikker og guldpartikler i en opløsning. Ved hjælp af en laser som spotlight, holdet var i stand til at følge bevægelsen af ​​individuelle DNA -rektangler i væsken, og også kunne detektere ændringer i de fluorescerende levetid for kvantepunkterne, når de var tæt på guldpartikler af forskellige størrelser. De viste også, at de nøjagtigt kunne forudsige levetiden for fluorescensen af ​​kvantepunktet afhængigt af størrelsen af ​​de nærliggende guldnanopartikler.

Mens deres sporingsteknik var tidskrævende, Liddle siger, at styrken af ​​deres resultater vil gøre dem i stand til at konstruere prikkerne til at have en bestemt ønsket levetid. I øvrigt, succesen med deres sporingsmetode kunne føre til bedre målemetoder.

"Vores hovedmål for fremtiden, "slutter han, "er at bygge bedre nanoskala sensorer ved hjælp af denne tilgang og at udvikle den metrologi, der er nødvendig for at måle deres ydeevne."