Stabiliserende ligander gør nanoclusters lysere

Metal nanoclusters, der bærer afstembare overfladeligander, kunne hjælpe med at udvikle næste generations billeddannelse og fotokatalytiske tilgange, foreslår arbejde af KAUST-forskere.

Metal nanoklynger, normalt mindre end to nanometer i størrelse, udviser unikke fysiske og kemiske egenskaber, der er nyttige til en lang række anvendelser, lige fra katalyse og sensing til billeddannelse og lægemiddellevering. Disse egenskaber afhænger af størrelsen og stabiliteten af ​​nanoclusterne. Adskillige ligander har vist sig effektive til at stabilisere nanoclusterne og justere deres egenskaber efter specifikke anvendelser. Imidlertid, disse størrelsesafhængige egenskaber er stadig svære at udnytte.

Sølv nanocluster har en tendens til at have lav stabilitet. Selvom nogle af disse nanoclusters forbliver stabile over et par dage, de fleste går i opløsning inden for få minutter, forklarer ph.d. studerende Laila Khalil. Dette dødsfald fremhæver behovet for stabiliserende ligander, der også kan forbedre disse nanoklusters optiske egenskaber.

Nu, et hold ledet af Niveen Khashab har udtænkt en måde at øge stabiliteten på. De udviklede svovlbaserede ligander med en stor cyklisk funktionel gruppe kaldet en pillararen. Disse ligander kan samtidigt stabilisere sølv nanoclusters. De har et cylindrisk hulrum, der kan rumme små molekyler, eller gæster, og selektivt binde til disse gæster gennem ikke -kovalente interaktioner.

"Vi skaber og syntetiserer systemer, der efterligner naturlige designs, " siger Khalil for at forklare, hvorfor holdet besluttede at producere en makrocyklisk thiolligand. I modsætning til typiske makrocyklusbaserede ligander, såsom de hydrofobe og kegleformede calixarener, pillararener er elektronrige cylindriske strukturer, der let kan modificeres ved hjælp af forskellige funktionelle grupper, hvilket giver dem mulighed for at holde elektronfattige og neutrale forbindelser i deres hulrum. Dette forventes at udvide rækken af ​​potentielle gæstemolekyler og dermed evnen til at skræddersy egenskaberne af nanoclusterne.

De pillararene-funktionaliserede nanokluster forblev stabile i fire måneder, når de blev opbevaret i mørket og i op til syv dage, når de blev udsat for dagslys. Deres fotoluminescens steg 30 gange, da en neutral amin blev brugt som gæstemolekyle. Tilsætning af det kationiske overfladeaktive middel cetrimoniumbromid inducerede en 2000 gange stigning i fotoluminescens, der var synlig for det blotte øje, og det udkonkurrerede også andre atomisk præcise nanoclusters. Forskerne viste, at stærkere binding mellem gæstemolekyler og nanoclusters førte til en mere udtalt stigning i fotoluminescens. Dette tyder på, at den dramatiske stigning i emission skyldes vært-gæst-interaktioner.

Dette system kunne have nyttige biologiske anvendelser, især ikke-invasiv dybvævsbilleddannelse, " siger Khalil. Dette vil hjælpe med at diagnosticere sygdomme, såsom hudkræft og hjerneanomalier.