Modellering af materialers fluorescensforstærkende egenskaber

Forskellige ædelmetallers og dielektrikas evne til at forbedre fluorescens er blevet sammenlignet af A*STAR -forskere, med henblik på mere følsomme teknologier til at skabe nye applikationer inden for biologi og medicin.

Fluorescens opstår, når en elektron, efter excitation fra et fluorofor molekyle, falder tilbage fra den exciterede tilstand tilbage til sin grundtilstand og udsender en foton af lys. Ved at bruge dette fænomen, fluorescerende mærkning, en meget følsom og ikke-destruktiv teknik, muliggør binding til en specifik region eller funktionel gruppe på et målmolekyle, såsom et protein eller et enzym.

Fluorescerende mærkning bruges almindeligvis til sporing af biologiske eller kemiske forbindelser i mineralogi, retsmedicin, og medicin. Dets anvendelse i DNA-sekventering, molekylær- og cellebiologi, og fødevaresikkerhedsindustrien tiltrækker også stor interesse, men er afhængig af lys udsendt af en enkelt fluorofor, som generelt er svag, modvirke dens følsomhed.

Dette presser søgen efter teknologier, der forstærker fluorescensen, ansporede Bai Ping og kolleger fra elektronik- og fotonikafdelingen ved A*STAR Singapore Institute of High Performance Computing til at sammenligne de fluorescensforbedrende muligheder for dielektriske nanopartikler og sølv- og guldplasmoniske metal -nanopartikler.

"Tidligere metaller er blevet brugt, fordi de er i stand til at begrænse lyset til et lille område, producerer et stærkere signal, " forklarer Bai. "Men, når metallet er placeret tæt på fluoroforen, noget af lyset bliver genabsorberet af metallet - kaldet quenching - hvilket reducerer dets fluorescensforstærkende evner."

Da dielektriske materialer ikke undergår quenching, især i det synlige lysområde, de er også blevet brugt; men har dårligere indeslutningsevner sammenlignet med metaller.

"Der er brug for en hybrid, der kombinerer fordelene ved begge materialer, " siger Bai. "Vores arbejde sammenligner ydeevnen af ​​begge materialer ved at tage hensyn til deres strukturer og driftsmiljøer, sørger for en objektiv sammenligning."

På grund af de små afstande mellem materialerne og fluoroforerne, en eksperimentel sammenligning er meget udfordrende. Forskerne brugte en simulering baseret på en simpel sfærenanopartikelmodel, og observerede fluorescensforøgelsen i et luft- og vandmiljø. Dette gjorde det muligt for dem at observere de forskellige fysiske indeslutningsegenskaber for hvert materiale.

"Vores resultater viser, at i luft er dielektrikumet bedre, men i vand klarer metallerne sig bedre, "siger Bai." Dette gav os viden til at udforske nye materialer og strukturer, der kunne kombinere fordelene ved begge materialer, med potentiale for mere følsomme teknologier."