Metalen nanoclusters die afstembare oppervlakteliganden dragen, kunnen helpen bij het ontwikkelen van de volgende generatie beeldvorming en fotokatalytische benaderingen, suggereert werk van KAUST-onderzoekers.

Metalen nanoclusters, meestal minder dan twee nanometer groot, unieke fysische en chemische eigenschappen vertonen die nuttig zijn voor een groot aantal toepassingen, variërend van katalyse en detectie tot beeldvorming en medicijnafgifte. Deze eigenschappen hangen af ​​van de grootte en stabiliteit van de nanoclusters. Verschillende liganden zijn effectief gebleken voor het stabiliseren van de nanoclusters en het afstemmen van hun eigenschappen op specifieke toepassingen. Echter, deze grootte-afhankelijke eigenschappen blijven moeilijk te benutten.

Zilveren nanoclusters hebben meestal een lage stabiliteit. Hoewel sommige van deze nanoclusters enkele dagen stabiel blijven, de meeste desintegreren binnen enkele minuten, legt Ph.D. student Laila Khalil. Deze ondergang benadrukt de behoefte aan stabiliserende liganden die ook de optische eigenschappen van deze nanoclusters kunnen verbeteren.

Nutsvoorzieningen, een team onder leiding van Niveen Khashab heeft een manier bedacht om de stabiliteit te vergroten. Ze ontwikkelden op zwavel gebaseerde liganden met een grote cyclische functionele groep die een pijlerareen wordt genoemd. Deze liganden kunnen tegelijkertijd zilveren nanoclusters stabiliseren. Ze hebben een cilindrische holte die plaats biedt aan kleine moleculen, of gasten, en selectief binden aan deze gasten door middel van niet-covalente interacties.

"We creëren en synthetiseren systemen die natuurlijke ontwerpen nabootsen, ", zegt Khalil om uit te leggen waarom het team besloot een macrocyclische thiol-ligand te produceren. In tegenstelling tot typische op macrocyclische gebaseerde liganden, zoals de hydrofobe en kegelvormige calixarenen, pijlerarenen zijn elektronenrijke cilindrische structuren die gemakkelijk kunnen worden aangepast met behulp van verschillende functionele groepen, waardoor ze elektronenarme en neutrale verbindingen in hun holte kunnen houden. Dit zal naar verwachting het scala aan potentiële gastmoleculen vergroten en bijgevolg het vermogen om de eigenschappen van de nanoclusters aan te passen.

De met pijlerarene gefunctionaliseerde nanoclusters bleven vier maanden stabiel wanneer ze in het donker werden bewaard en maximaal zeven dagen bij blootstelling aan daglicht. Hun fotoluminescentie steeg 30 keer wanneer een neutraal amine als gastmolecuul werd gebruikt. Het toevoegen van de kationische oppervlakteactieve stof cetrimoniumbromide veroorzaakte een 2000-voudige toename van de fotoluminescentie die met het blote oog zichtbaar was, en het presteerde ook beter dan andere atomair nauwkeurige nanoclusters. De onderzoekers toonden aan dat een sterkere binding tussen gastmoleculen en nanoclusters leidde tot een meer uitgesproken toename van fotoluminescentie. Dit suggereert dat de dramatische toename van de emissie het gevolg is van interacties tussen gastheer en gast.

Dit systeem zou nuttige biologische toepassingen kunnen hebben, vooral niet-invasieve beeldvorming van diep weefsel, " zegt Khalil. Dit zal helpen bij het diagnosticeren van ziekten, zoals huidkanker en hersenafwijkingen.