Nanoclusters zijn kleine "hoopjes" van een paar atomen die vaak interessante optische eigenschappen hebben en nuttige sondes kunnen worden voor beeldvormingsprocessen op gebieden zoals biogeneeskunde en diagnostiek. In het journaal Angewandte Chemie , onderzoekers hebben een nanocluster van 16 zilveratomen geïntroduceerd, gestabiliseerd door een omwikkeling van DNA-strengen. Met behulp van röntgenanalyse, ze waren in staat om de kristalstructuur te bepalen en belangrijke interacties daarin te identificeren.

In tegenstelling tot vaste stoffen of nanodeeltjes, nanoclusters, zoals moleculen, kan schakelen tussen discrete energieniveaus door licht te absorberen of uit te zenden (fluorescentie). Nanoclusters gemaakt van zilver zijn vooral interessant, vooral omdat ze heel fel kunnen fluoresceren. Hun optische eigenschappen zijn sterk afhankelijk van de grootte van de nanoclusters, het is dus belangrijk om individuele clusters te maken met een precies gedefinieerd aantal atomen. Voor meerdere jaren, wetenschappers gebruiken korte DNA-strengen als biocompatibel, in water oplosbare alternatieven voor conventionele "sjablonen".

Een team onder leiding van Tom Vosch van de Universiteit van Kopenhagen, Denemarken, en Jiro Kondo aan de Sophia Universiteit, Tokio, Japan, hebben een nanocluster van precies 16 zilveratomen gekristalliseerd met behulp van een DNA-sequentie van tien nucleotiden. De magenta kristallen zenden licht uit in het nabij-infrarood wanneer ze worden bestraald met groen licht, met bijna identieke spectra als een kristal of in oplossing.

Uit structurele analyse bleek dat de Ag16-nanoclusters een diameter hebben van ongeveer 7 en een hoogte van ongeveer 15 Å (1 Å is een tienmiljoenste millimeter). Elke nanocluster is strak ingepakt en bijna volledig afgeschermd door twee DNA-strengen in een hoefijzervorm. De twee DNA-strengen zijn voornamelijk gebonden door interacties met de zilveratomen en tot op zekere hoogte door enkele waterstofbruggen. Verrassend genoeg, geen van de Watson-Crick-basenparen die typisch voor DNA worden waargenomen, wordt in dit geval gevonden. Aanvullend, nieuwe zilver-zilver-interacties werden waargenomen binnen het cluster.

Het inpakken van de DNA-zilveren nanoclusters in het kristal wordt bevorderd door verschillende interacties, inclusief die tussen fosfaatgroepen en calciumionen, en π-stapeling tussen naburige thymine-nucleobasen. Dit laatste speelt een belangrijke rol in het kristallisatieproces. Aanvullend, losjes geassocieerde zilverkationen zijn aanwezig in het kristal; sommige vormen een brug tussen DNA-basen, terwijl andere alleen interactie hebben met zilveratomen in de kern van de clusters.

Deze nieuwe inzichten kunnen helpen om de relatie tussen de structurele en emissie-eigenschappen van nanoclusters te verklaren, en om een ​​methode te ontwikkelen voor de synthese van verder monodispers, biocompatibel, in water oplosbare zilverclusters met voordelige fotofysische eigenschappen voor toepassingen zoals biomedische beeldvorming.