Het vermogen van verschillende edele metalen en diëlektrica om de fluorescentie te verbeteren is vergeleken door A*STAR-onderzoekers, met het oog op meer gevoelige technologieën om nieuwe toepassingen in biologie en geneeskunde te creëren.

Fluorescentie treedt op wanneer een elektron, na excitatie van een fluorofoormolecuul, valt terug van de aangeslagen toestand terug naar zijn grondtoestand en zendt een foton van licht uit. Gebruik makend van dit fenomeen, fluorescerende etikettering, een zeer gevoelige en niet-destructieve techniek, zorgt voor binding aan een specifieke regio of functionele groep op een doelmolecuul, zoals een eiwit of enzym.

Fluorescerende etikettering wordt vaak gebruikt voor het volgen van biologische of chemische verbindingen in mineralogie, forensisch, en geneeskunde. De toepassing ervan in DNA-sequencing, moleculaire en celbiologie, en de voedselveiligheidsindustrie trekt ook veel belangstelling, maar vertrouwt op licht dat wordt uitgezonden door een enkele fluorofoor, die over het algemeen zwak is, de gevoeligheid ervan dwarsbomen.

Dit stimuleert de zoektocht naar technologieën die de fluorescentie versterken, Bai Ping en collega's van de afdeling Elektronica en Fotonica van het A * STAR Singapore Institute of High Performance Computing spoorden Bai Ping en collega's van de afdeling Elektronica en Fotonica aan om de fluorescentieversterkende mogelijkheden van diëlektrische nanodeeltjes en zilveren en gouden plasmonische metalen nanodeeltjes te vergelijken.

"Eerder, metalen zijn gebruikt omdat ze het licht in een klein gebied kunnen beperken, een sterker signaal produceren, " legt Bai uit. "Maar, wanneer het metaal dicht bij de fluorofoor wordt geplaatst, een deel van het licht wordt opnieuw geabsorbeerd door het metaal - uitdoving genoemd - waardoor het fluorescentieversterkende vermogen wordt verminderd."

Aangezien diëlektrische materialen niet afschrikken, vooral in het zichtbare lichtbereik, ze zijn ook gebruikt; maar hebben slechtere opsluitingsmogelijkheden in vergelijking met metalen.

"Er is een hybride nodig die de voordelen van beide materialen combineert, " zegt Bai. "Ons werk vergelijkt de prestaties van beide materialen door rekening te houden met hun structuren en operationele omgevingen, zorgen voor een objectieve vergelijking."

Vanwege de kleine afstanden tussen de materialen en de fluoroforen, een experimentele vergelijking is zeer uitdagend. De onderzoekers gebruikten een simulatie op basis van een eenvoudig bol-nanodeeltjesmodel, en observeerde de fluorescentieverbetering in een lucht- en wateromgeving. Hierdoor konden ze de verschillende fysieke opsluitingskenmerken voor elk materiaal observeren.

"Onze resultaten laten zien dat in lucht het diëlektricum beter is, maar in water presteren de metalen beter, ", zegt Bai. "Dit leverde ons kennis op om nieuwe materialen en structuren te verkennen die de voordelen van beide materialen konden combineren, met het potentieel voor meer gevoelige technologieën."