Kristaller av det silverdopade komplexet visade klarröd fotoluminescens under UV-ljus, medan kristaller av den odopade strukturen inte avgav något ljus. Detta pekade på silvers roll för att modifiera komplexets struktur för att orsaka fotoluminescens. Kredit:Takane Imaoka, Kimihisa Yamamoto från Tokyo Institute of Technology
Forskare vid Tokyo Institute of Technology har upptäckt att ett silverdopat platinatiolat nanometalkomplex visar 18 gånger större fotoluminescens än det ursprungliga platinakomplexet. I deras senaste tidning, de ger insikter om orsakerna till detta, krönandet av ett nytt tillvägagångssätt för att skapa effektiva giftfria och biokompatibla föreningar för bioavbildning.
De flesta av oss har mött luminescens i en eller annan form, vare sig det är eldflugor i natten eller plankton i havet, eller till och med en glödstav på mässan. Även om ett underbart fenomen i sig, luminescens har en större attraktionskraft för forskare av mer specifika skäl, såsom dess förmåga att få ljuskänsliga biologiska prover att lysa i mörkret under mikroskopet.
Nyligen, metallnanokluster - mycket små partiklar i storleksintervallet några nanometer - har fått en hel del uppmärksamhet från biokemister som lovande fotoluminescerande material för bioavbildning, med tanke på deras lämpliga storlek för permeabilitet i olika organ, deras icke-toxicitet, och deras biokompatibilitet, i motsats till befintliga organiska färgämnen eller halvledarnanopartiklar. Det finns, dock, en grundläggande fråga som förhindrar deras utbredda användning:fotoluminescensen är extremt låg och kortlivad.
Ett team av forskare från Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japan, tror att detta kan bero på att mekanismerna bakom det fotoluminescerande beteendet hos dessa partiklar fortfarande är dåligt förstådda. I deras senaste tidning publicerad i Angewandte Chemie , laget, ledd av prof. Takane Imaoka, rapportera deras upptäckt av det faktum att dopning av ett platinatiolatkomplex med silver ökar fotoluminescensen med 18 gånger! De gräver också i varför, genom att ta sig ner till atomerna i ett silverdopat platinatiolatkomplex.
Teoretiska beräkningar visade hur silverjonen passade väl in i hålet i platinatiolatringen, stabiliserar strukturen avsevärt i strömsatt tillstånd. När silverjonen inte finns i ringen, strukturen förvrängs avsevärt vid aktivering. Kredit:Takane Imaoka och Kimihisa Yamamoto från Tokyo Institute of Technology
Deras röntgenkristallografiska observation av strukturen visade att silverjonen är i mitten av en tiaraformad platinakomplexring. Ytterligare observation visade att fotoluminiscensen under UV -bestrålning är hög när denna struktur är i sin kristallform eller när dess lösning i ett organiskt lösningsmedel är ultrakyld till 77 K eller -196,15 ° C. Prof. Imaoka ställer frågorna som dessa observationer väckte:"En anledning till att dessa fotoluminescens ökar är att den termiska rörelsen av komponenterna i ringdelen undertrycks under dessa förhållanden. Men vilken roll spelar strukturen och har gränsmolekylära orbitaler någonting att göra med denna ökning? "
Att få reda på, teamet genomförde densitetsfunktionella teoriberäkningar. Dessa beräkningar gav dem en uppfattning om komplexets strukturer baserat på energistatus och geometri för molekylära orbitaler - elektronrörelsens intervall inom strukturen. De upptäckte att när de var energiska, som med UV-strålning, strukturen hålls stabil av silverjonen, leder till bra fotoluminescens; detta är till skillnad från enbart ringstrukturen som blir mycket förvrängd vid excitation. "Detta kan bero på att storleken på silverjonen och kaviteten i platinatiolatringen är en bra match och orbitalerna är i bra linje, " Prof. Imaoka förklarar. "Varje som helst förvrängning skulle orsaka en energimässigt ogynnsam repulsion. Silverjonen fungerar som en mall för att upprätthålla den högordnade strukturen hos det tiaraliknande komplexet, och därmed enormt förbättra dess fosforescens."
Forskarna utförde också fotofysiska studier som gav lovande resultat. Den silverdopade strukturen genomgick mycket mindre icke-strålande sönderfall än den icke-dopade strukturen.
Dessa fynd bekräftar de från en annan studie på ett stavformat silverjondopat guldkomplex. "Om det finns en urskiljbar korrelation mellan denna studie och tidigare sådana studier, då kan silverjonens förmåga att stabilisera de obetalda molekylära orbitalerna i den lägre energin i dessa strukturer vara den nya nyckeln till att designa fotoluminescerande metallnanokluster. Detaljerna för gränsmolekylära orbitaler som är unika för varje kluster kan vara användbara för att förutsäga ideala strukturer av metallkluster, och kanske, skiner ett ljus på vägen till att utveckla nya och effektiva sådana i framtiden, " Prof. Imaoka kommenterar, exalterad över sitt arbete. Och vem skulle inte vara det om en atom är allt som krävs för att göra skillnad?
