Onderzoekers zijn er nu in geslaagd te bepalen wat er gebeurt als licht wordt geabsorbeerd door extreem kleine nanoclusters van zilveratomen. De resultaten kunnen nuttig worden toegepast bij de ontwikkeling van biosensoren en bij beeldvorming.

Door chemie en nanotechnologie te combineren, de onderzoeksgemeenschap heeft de afgelopen jaren een soort extreem kleine nanoclusters ontwikkeld, bestaande uit slechts enkele edelmetaalatomen gebonden aan een DNA-fragment. Dergelijke complexen zijn van groot belang vanwege hun optische eigenschappen. Ze worden beschouwd als een groot potentieel, bijvoorbeeld, in de beeldvormingstoepassingen en de ontwikkeling van biosensoren. De fluorescerende tags en biosensoren die van deze zilveren nanoclusters zijn gemaakt, kunnen op een aantal verschillende gebieden worden gebruikt, uit de medische diagnostiek en de farmaceutische industrie.

In de huidige biosensoren en fluorescerende markers worden verschillende soorten moleculen gebruikt. maar er zijn verschillende redenen om de mogelijkheid te onderzoeken om ook nanoclusters van zilveratomen te gebruiken. Een groot voordeel van deze nanoclusters is dat ze heel efficiënt licht absorberen. Een ander voordeel is dat ze niet giftig zijn. Verder, de nanoclusters zijn zeer fotostabiel, dat is, ze ondergaan geen chemische veranderingen bij blootstelling aan zonlicht.

"We weten echt heel weinig over deze nanoclusters. Tot nu toe, niemand heeft de energieniveaus erin gemeten", zegt Donatas Zigmantas, universitair hoofddocent aan de universiteit van Lund in Zweden.

In een nieuwe studie, hij en zijn collega Erling Thyrhaug, samen met onderzoekers van de Universiteit van Kopenhagen, hebben daarom nanoclusters bestudeerd die uit 20 zilveratomen bestaan. Voor de eerste keer, de onderzoekers slaagden erin om de exacte energieniveaus te meten en identificeerden dat de ultrasnelle energiestroom gekoppeld is aan de structurele veranderingen die optreden wanneer licht deze nanoclusters opwindt. Het proces is onbeschrijfelijk snel. Het gebeurt in minder dan een miljoenste van een miljoenste van een seconde.

"In onze studie we laten zien hoe de relaxatie van de aangeslagen nanocluster door de energieniveaus is gekoppeld aan de bewegingen van atomen in de nanocluster. Dit soort dynamiek is nog nooit eerder vertoond in een metalen nanocluster", zegt Donatas Zigmantas.

De resultaten van de huidige studie bieden kennis van de basiseigenschappen van de binnenwereld van de edelmetaalnanocluster die, volgens de onderzoekers op de lange termijn nuttig zal zijn bij de ontwikkeling van producten met betrekking tot zowel biosensoren als microscopie. De resultaten kunnen ook bijdragen aan een meer diepgaand begrip van mechanismen voor energieoverdracht, met bewegingen van zowel de elektronen als de kernen, die essentieel zijn voor een efficiënte lichtopname door natuurlijke fotosynthetische systemen en zonnecellen.