Nanokluster är små "högar" av några atomer som ofta har intressanta optiska egenskaper och kan bli användbara sonder för avbildningsprocesser inom områden som biomedicin och diagnostik. I journalen Angewandte Chemie , forskare har introducerat en nanokluster med 16 silveratomer som stabiliserats genom en omslag av DNA -strängar. Med hjälp av röntgenanalys, de kunde bestämma kristallstrukturen och identifiera viktiga interaktioner inom den.

I motsats till fasta ämnen eller nanopartiklar, nanokluster, som molekyler, kan växla mellan diskreta energinivåer genom att absorbera eller avge ljus (fluorescens). Nanokluster av silver är särskilt intressanta - särskilt för att de kan lysa mycket starkt. Deras optiska egenskaper beror starkt på nanoklusternas storlek, så det är viktigt att skapa enskilda kluster med ett exakt definierat antal atomer. För några år, forskare har använt korta DNA -strängar som biokompatibla, vattenlösliga alternativ till konventionella "mallar".

Ett team som leds av Tom Vosch vid Köpenhamns universitet, Danmark, och Jiro Kondo vid Sophia University, Tokyo, Japan, har kristalliserat en nanokluster med exakt 16 silveratomer med användning av en DNA -sekvens av tio nukleotider. De magenta kristallerna avger ljus i det nära infraröda när de bestrålas med grönt ljus, med nästan identiska spektra som en kristall eller i lösning.

Strukturanalys avslöjade att Ag16 -nanoklusterna har en diameter på cirka 7 Å och en höjd av cirka 15 Å (1 Å är en tio miljonedel av en millimeter). Varje nanokluster är tätt inslagna och nästan helt skyddade av två DNA -strängar i en hästskoformation. De två DNA -strängarna är främst bundna av interaktioner med silveratomerna och till viss del av några vätebindningar. Förvånande, ingen av Watson -Crick -basparningen som vanligtvis observeras för DNA finns i detta fall. Dessutom, nya silver -silver -interaktioner observerades inom klustret.

Packning av DNA -silver -nanoklusterna i kristallen främjas av olika interaktioner, inklusive de mellan fosfatgrupper och kalciumjoner, och π-stapling mellan angränsande tyminnukleobaser. Den senare spelar en viktig roll i kristalliseringsprocessen. Dessutom, löst associerade silverkatjoner finns i kristallen; vissa bildar en bro mellan DNA -baser, medan andra endast interagerar med silveratomer inom kärnan i klustren.

Dessa nya insikter kan hjälpa till att förklara sambandet mellan nanoklusters strukturella och utsläppsegenskaper, och att utveckla en metod för syntes av ytterligare monodispers, biokompatibel, vattenlösliga silverkluster med fördelaktiga fotofysiska egenskaper för applikationer som biomedicinsk bildbehandling.