Fysiker har utvecklat en "planet-satellitmodell" för att exakt koppla ihop och ordna nanopartiklar i tredimensionella strukturer. Inspirerad av fotosystemen av växter och alger, dessa konstgjorda nanoaggregat kan i framtiden tjäna till att samla in och omvandla energi.
Om forskarnas nanopartiklar var en miljon gånger större, laboratoriet skulle se ut som ett konsthantverksrum vid jul:guld, silver och färgglada glänsande sfärer i olika storlekar och filament i olika längder. För i centrum av "planet-satellitmodellen" i nanoskalan finns en guldpartikel som kretsar runt av andra nanopartiklar gjorda av silver, kadmiumselenid eller organiska färgämnen.
Som genom ett trollslag, smart designade DNA-strängar förbinder satelliterna med den centrala planeten på ett mycket exakt sätt. Tekniken bakom detta, kallas "DNA origami", är en specialitet för fysikprofessor Tim Liedl (LMU München) och hans team. Tillsammans med professor Jochen Feldmanns grupp (även LMU München) introducerade och analyserade de detta nya monteringsschema. Båda grupperna ingår i klustret av spetskompetens Nanosystems Initiative Munich (NIM).
Stor eller liten, nära eller långt
En utmärkande egenskap hos den nya metoden är det modulära monteringssystemet som gör det möjligt för forskarna att modifiera alla aspekter av strukturen mycket enkelt och på ett kontrollerat sätt:storleken på den centrala nanopartikeln, typerna och storlekarna på "satelliterna" och avståndet mellan planet och satellitpartikel. Tillvägagångssättet gör det också möjligt för fysikerna att anpassa och optimera sitt system för andra ändamål.
Fotoniska system
Metaller, halvledare eller fluorescerande organiska molekyler fungerar som satelliter. Således, som antennmolekylerna i naturliga fotosystem, sådana satellitelement kan i framtiden organiseras för att samla ljusenergi och överföra den till ett katalytiskt reaktionscentrum där det omvandlas till en annan form av energi. För närvarande, dock, modellen tillåter forskarna att undersöka grundläggande fysiska effekter som den så kallade härdningsprocessen, som hänvisar till den förändrade fluorescensintensiteten hos en färgämnesmolekyl som en funktion av avståndet till den centrala guldnanopartikeln.
"Den modulära monteringsprincipen och det höga utbytet vi fick i produktionen av planet-satellitsystemen var de avgörande faktorerna för att tillförlitligt undersöka denna välkända effekt med de nya metoderna, " förklarar Robert Schreiber, huvudförfattare till studien.
Ett helt nytt kosmos
Dessutom, forskarna lyckades sammanfoga enskilda planet-satellitenheter till större arrayer, samtidigt som den kombinatoriska friheten bibehålls. Den här vägen, det kan vara möjligt att utveckla komplexa och funktionella tredimensionella nanosystem, som skulle kunna användas som Raman-spektroskopiplattformar, som plasmoniska energitrattar eller som nanoporösa material för katalytiska tillämpningar.
