Forskare har nu lyckats peka ut vad som händer när ljus absorberas av extremt små nanokluster av silveratomer. Resultaten kan ha användbar tillämpning i utvecklingen av biosensorer och vid bildbehandling.

Genom att kombinera kemi och nanoteknik, forskarvärlden har de senaste åren utvecklat ett slags extremt små nanokluster bestående av endast ett fåtal ädelmetallatomer bundna till ett DNA-fragment. Sådana komplex är av stort intresse på grund av deras optiska egenskaper. De anses ha stor potential, till exempel, i avbildningstillämpningar och utveckling av biosensorer. De fluorescerande taggarna och biosensorerna gjorda av dessa silvernanokluster kan användas inom ett antal olika områden, från medicinsk diagnostik och läkemedelsindustrin.

Olika typer av molekyler används i dagens biosensorer och fluorescerande markörer, men det finns flera skäl att undersöka möjligheten att också använda nanokluster av silveratomer. En stor fördel med dessa nanokluster är att de absorberar ljus mycket effektivt. En annan fördel är att de inte är giftiga. Vidare, nanoklustren är mycket fotostabila, det är, de genomgår inte kemiska förändringar när de utsätts för solljus.

"Vi vet egentligen väldigt lite om dessa nanokluster. Hittills, ingen har mätt energinivåerna i dem", säger Donatas Zigmantas, docent vid Lunds universitet.

I en ny studie, han och hans kollega Erling Thyrhaug, tillsammans med forskare från Köpenhamns universitet, har därför studerat nanokluster som består av 20 silveratomer. För första gången, forskarna lyckades mäta de exakta energinivåerna och identifierade att det ultrasnabba energiflödet är kopplat till de strukturella förändringar som sker när ljus exciterar dessa nanokluster. Processen är obeskrivligt snabb. Det händer på mindre än en miljondels miljondels sekund.

"I vår studie, vi visar hur avslappningen av det exciterade nanoklustret genom energinivåerna är kopplat till atomernas rörelser i nanoklustret. Denna typ av dynamik har aldrig visats tidigare i ett metallnanokluster", säger Donatas Zigmantas.

Resultaten av den aktuella studien ger kunskap om de grundläggande egenskaperna hos ädelmetallnanoklustrets inre värld som, enligt forskarna, kommer på sikt att vara användbar i utvecklingen av produkter relaterade till både biosensorer och mikroskopi. Resultaten kan också bidra till en mer djupgående förståelse av energiöverföringsmekanismer, involverar rörelser av både elektroner och kärnor, som är avgörande för effektiv ljusfångning av naturliga fotosyntetiska system såväl som solceller.