Nanopartikler og deres kredsløbspositioner

Fysikere har udviklet en "planet-satellit-model" til præcist at forbinde og arrangere nanopartikler i tredimensionelle strukturer. Inspireret af fotosystemer af planter og alger, disse kunstige nanosamlinger kan i fremtiden tjene til at indsamle og omdanne energi.

Hvis forskernes nanopartikler var en million gange større, laboratoriet ville ligne et kunsthåndværksrum i juletiden:guld, sølv og farverige skinnende kugler i forskellige størrelser og filamenter i forskellige længder. For i centrum af "planet-satellit-modellen" i nanoskala er der en guldpartikel, som kredser om andre nanopartikler lavet af sølv, cadmiumselenid eller organiske farvestoffer.

Som ved magi, smart designede DNA-strenge forbinder satellitterne med den centrale planet på en meget præcis måde. Teknikken bag dette, kaldet "DNA origami", er et speciale for fysikprofessor Tim Liedl (LMU München) og hans team. Sammen med gruppen af ​​professor Jochen Feldmann (også LMU München) introducerede og analyserede de denne nye samlingsplan. Begge grupper er en del af klyngen af ​​excellence Nanosystems Initiative Munich (NIM).

Store eller små, nær eller langt

Et særpræg ved den nye metode er det modulære montagesystem, der gør det muligt for forskerne at ændre alle aspekter af strukturen meget let og kontrolleret:størrelsen af ​​den centrale nanopartikel, "satellitternes" typer og størrelser og afstanden mellem planet og satellitpartikel. Tilgangen gør det også muligt for fysikerne at tilpasse og optimere deres system til andre formål.

Fotoniske systemer

Metaller, halvledere eller fluorescerende organiske molekyler tjener som satellitter. Dermed, ligesom antennemolekylerne i naturlige fotosystemer, sådanne satellitelementer kan i fremtiden organiseres til at opsamle lysenergi og overføre den til et katalytisk reaktionscenter, hvor den omdannes til en anden form for energi. Indtil videre, imidlertid, modellen giver forskerne mulighed for at undersøge grundlæggende fysiske effekter såsom den såkaldte quenching-proces, som henviser til den ændrede fluorescensintensitet af et farvestofmolekyle som en funktion af afstanden til den centrale guldnanopartikel.

"Det modulære montageprincip og det høje udbytte, vi opnåede i produktionen af ​​planet-satellitsystemerne, var de afgørende faktorer for pålideligt at undersøge denne velkendte effekt med de nye metoder, "forklarer Robert Schreiber, hovedforfatter af undersøgelsen.

Et helt nyt kosmos

Ud over, det lykkedes forskerne at forbinde individuelle planet-satellitenheder til større arrays, samtidig med at den kombinatoriske frihed bevares. Denne måde, det kan være muligt at udvikle komplekse og funktionelle tredimensionelle nanosystemer, som kunne bruges som Raman spektroskopi platforme, som plasmoniske energitragte eller som nanoporøse materialer til katalytiske anvendelser.