Met hun opmerkelijke elektrische en optische eigenschappen, samen met biocompatibiliteit, fotostabiliteit en chemische stabiliteit, gouden nanoclusters krijgen voet aan de grond in een aantal onderzoeksgebieden, met name in biosensing en biolabeling.

Deze gouden nanoclusters worden chemisch beschermd door liganden, die ook de binding aan biologische doelmoleculen sturen. Er is nog veel dat onderzoekers niet weten over de lichtgevende eigenschappen van ligand-beschermde gouden nanoclusters, inclusief de oorsprong van hun fluorescentie.

Een internationaal onderzoeksteam uit Zwitserland, Italië, de Verenigde Staten en Duitsland hebben nu aangetoond dat de fluorescentie een intrinsieke eigenschap is van de gouden nanodeeltjes zelf. De onderzoekers gebruikten Au20, gouden nanodeeltjes met een tetraëdrische structuur. Hun bevindingen werden deze week gerapporteerd in de Tijdschrift voor Chemische Fysica , van AIP Publishing.

"We presenteren de eerste optische absorptie, excitatie- en fluorescentiespectra van kale Au20, " zei Harald Brune, hoofd van het Institute of Physics aan de École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in Zwitserland en corresponderend auteur van het artikel. "Onze resultaten suggereren sterk dat de metalen kern in de ligand-beschermde clusters die worden gebruikt voor biosensing en biolabeling de oorsprong is van hun fluorescentie."

De onderzoekers creëerden een bundel kale Au20-clusters door een clusteraggregatiebron te combineren met een op maat ontworpen ionenoptiek en massaselectieproces. Het is moeilijk om de optische eigenschappen van deze clusters in de gasfase te onderzoeken, gezien de slechte signaal-ruisverhouding. Om dit probleem aan te pakken, de onderzoekers hebben ze ingebed in een solide neonmatrix. Dit werd bereikt door de clusterbundel af te zetten met een neonachtergrondgas dat condenseerde op een koud oppervlak van 6 kelvin (ongeveer -267 graden Celsius) terwijl de clusters daar landden.

Neon, een edelgas, biedt een zwak interactief medium. Zoals de eerste-principeberekeningen bij het experiment laten zien, in neon blijven de intrinsieke structurele en optische clustereigenschappen behouden.

"Daarom, de gepresenteerde experimentele resultaten zijn de best mogelijke benadering van de optische eigenschappen van vrije Au20-clusters, ' zei Brune.

De Au20-absorptiegegevens werden verkregen door een Ne-matrixreferentiespectrum af te trekken van een van de Au20/Ne-matrices. De fluorescentiespectra werden geproduceerd door laserexcitatie. De onderzoekers ontdekten dat excitatie binnen het gehele bereik van UV tot zichtbaar leidt tot intense en scherpe fluorescentie bij een golflengte van 739,2 nanometer.

" zijn Au20 sterk fluorescerend, waardoor het zeer waarschijnlijk is dat de oorsprong van fluorescentie in op Au gebaseerde biomarkers afkomstig is van de Au-kern zelf in plaats van van de interactie met de organische liganden, " zei Wolfgang Harbich, senior wetenschapper bij de EPFL en co-auteur van het artikel.