Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology hebben ontdekt dat een met zilver gedoteerd platinathiolaat-nanometaalcomplex 18 keer meer fotoluminescentie vertoont dan het oorspronkelijke platinacomplex. In hun recente krant ze geven inzicht in de oorzaken hiervan, bekroning van een nieuwe benadering voor het creëren van efficiënte, niet-toxische en biocompatibele verbindingen voor bio-imaging.

De meesten van ons zijn in een of andere vorm luminescentie tegengekomen, of het nu vuurvliegjes zijn in de nacht of plankton in de oceaan, of zelfs een glowstick op de kermis. Hoewel op zich een wonderlijk fenomeen, luminescentie heeft een grotere aantrekkingskracht op wetenschappers om meer specifieke redenen, zoals het vermogen om lichtgevoelige biologische monsters onder de microscoop in het donker te laten gloeien.

Onlangs, metalen nanoclusters - zeer kleine deeltjes in het groottebereik van enkele nanometers - hebben behoorlijk wat aandacht gekregen van biochemici als veelbelovende fotoluminescente materialen voor bio-imaging, gezien hun handige grootte voor doorlaatbaarheid in verschillende organen, hun niet-toxiciteit, en hun biocompatibiliteit, in tegenstelling tot bestaande organische kleurstoffen of halfgeleider nanodeeltjes. Er is, echter, een fundamenteel probleem dat hun wijdverbreid gebruik verhindert:de fotoluminescentie is extreem laag en van korte duur.

Een team van wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japan, denk dat dit zou kunnen zijn omdat de mechanismen die ten grondslag liggen aan het fotoluminescente gedrag van deze deeltjes nog steeds slecht worden begrepen. In hun laatste paper gepubliceerd in Angewandte Chemie , het team, onder leiding van prof. Takane Imaoka, melden hun ontdekking van het feit dat doping van een platinathiolaatcomplex met zilver de fotoluminescentie met 18 keer verhoogt! Ze graven ook in waarom, door naar de atomen te gaan in een met zilver gedoteerd platinathiolaatcomplex.

Hun röntgenkristallografische observatie van de structuur toonde aan dat het zilverion zich in het midden van een tiara-vormige platinacomplexring bevindt. Verdere observatie onthulde dat de fotoluminescentie onder UV-straling hoog is wanneer deze structuur in kristalvorm is of wanneer de oplossing in een organisch oplosmiddel ultragekoeld is tot 77 K of -196,15 °C. Prof. Imaoka legt de vragen vast die deze observaties opriepen:"Een reden voor deze toename van fotoluminescentie is dat de thermische beweging van de componenten van het ringgedeelte onder deze omstandigheden wordt onderdrukt. Maar welke rol speelt de structuur en hebben grensoverschrijdende moleculaire orbitalen iets met deze stijging te maken hebben?"

Er achter komen, het team voerde dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen uit. Deze berekeningen gaven hen een idee van de structuren van het complex op basis van de energietoestanden en geometrie van moleculaire orbitalen - het bereik van elektronenbeweging binnen de structuur. Ze ontdekten dat wanneer ze energie kregen, zoals bij UV-straling, de structuur wordt stabiel gehouden door het zilverion, wat leidt tot goede fotoluminescentie; dit is anders dan alleen de ringstructuur die bij excitatie sterk vervormd raakt. "Dit kan zijn omdat de grootte van het zilverion en de holte van de platinathiolaatring goed bij elkaar passen en de orbitalen goed uitgelijnd zijn, Prof. Imaoka legt uit. "Elke vervorming zou een energetisch ongunstige afstoting veroorzaken. Het zilverion fungeert als een sjabloon om de sterk geordende structuur van het tiara-achtige complex te behouden, waardoor de fosforescentie enorm wordt verbeterd."

De wetenschappers voerden ook fotofysische onderzoeken uit die veelbelovende resultaten opleverden. De met zilver gedoteerde structuur onderging veel minder niet-stralingsverval dan de niet-gedoteerde structuur.

Deze bevindingen komen overeen met die van een ander onderzoek naar een staafvormig zilverion-gedoteerd goudcomplex. "Als er een waarneembare correlatie is tussen deze studie en eerdere dergelijke studies, dan zou het vermogen van het zilverion om de onbezette moleculaire orbitalen met lagere energie in deze structuren te stabiliseren de nieuwe sleutel kunnen zijn voor het ontwerpen van fotoluminescente metalen nanoclusters. De details van grensmoleculaire orbitalen die uniek zijn voor elke cluster, kunnen nuttig zijn bij het voorspellen van ideale structuren van metalen clusters, en misschien, licht schijnen op het pad naar de ontwikkeling van nieuwe en efficiënte in de toekomst, " Prof. Imaoka commentaar, enthousiast over zijn werk. En wie zou dat niet zijn als één atoom genoeg is om een ​​verschil te maken?