I nanocluster metallici che portano ligandi di superficie sintonizzabili potrebbero aiutare a sviluppare l'imaging di prossima generazione e approcci fotocatalitici, suggerisce il lavoro dei ricercatori KAUST.

Nanocluster metallici, di solito di dimensioni inferiori a due nanometri, presentano caratteristiche fisiche e chimiche uniche utili per una moltitudine di applicazioni, che vanno dalla catalisi e dal rilevamento all'imaging e alla somministrazione di farmaci. Queste proprietà dipendono dalle dimensioni e dalla stabilità dei nanocluster. Diversi ligandi si sono dimostrati efficaci per stabilizzare i nanocluster e regolarne le proprietà in base agli usi specifici. Però, queste proprietà dipendenti dalle dimensioni rimangono difficili da sfruttare.

I nanocluster d'argento tendono ad avere una bassa stabilità. Sebbene alcuni di questi nanocluster rimangano stabili per alcuni giorni, la maggior parte si disintegra in pochi minuti, spiega Ph.D. studentessa Laila Khalil. Questa fine evidenzia la necessità di stabilizzare ligandi che possono anche migliorare le proprietà ottiche di questi nanocluster.

Ora, un team guidato da Niveen Khashab ha escogitato un modo per aumentare la stabilità. Hanno sviluppato ligandi a base di zolfo con un grande gruppo funzionale ciclico chiamato pillararene. Questi ligandi possono stabilizzare simultaneamente i nanocluster d'argento. Presentano una cavità cilindrica che può ospitare piccole molecole, o ospiti, e si legano selettivamente a questi ospiti attraverso interazioni non covalenti.

"Creiamo e sintetizziamo sistemi che imitano i disegni naturali, " dice Khalil per spiegare perché il team ha deciso di produrre un legante tiolo macrociclico. A differenza dei tipici leganti basati su macrocicli, come i calixareni idrofobici e a forma di cono, i pilastrini sono strutture cilindriche ricche di elettroni che possono essere facilmente modificate utilizzando vari gruppi funzionali, che consente loro di contenere composti elettron-poveri e neutri nella loro cavità. Si prevede che ciò amplierà la gamma di potenziali molecole ospiti e, di conseguenza, la capacità di adattare le proprietà dei nanocluster.

I nanocluster funzionalizzati con pillararene sono rimasti stabili per quattro mesi se conservati al buio e fino a sette giorni se esposti alla luce del giorno. La loro fotoluminescenza è aumentata di 30 volte quando un'ammina neutra è stata utilizzata come molecola ospite. L'aggiunta del tensioattivo cationico bromuro di cetrimonio ha indotto un aumento di 2000 volte della fotoluminescenza visibile ad occhio nudo, e ha anche superato altri nanocluster atomicamente precisi. I ricercatori hanno dimostrato che un legame più forte tra molecole ospiti e nanocluster ha portato a un aumento più pronunciato della fotoluminescenza. Ciò suggerisce che il drammatico aumento delle emissioni deriva dalle interazioni ospite-ospite.

Questo sistema potrebbe avere utili applicazioni biologiche, in particolare l'imaging non invasivo dei tessuti profondi, " dice Khalil. Questo aiuterà a diagnosticare le malattie, come il cancro della pelle e le anomalie cerebrali.