I nanocluster sono piccoli "cumuli" di pochi atomi che spesso hanno proprietà ottiche interessanti e potrebbero diventare utili sonde per processi di imaging in aree come la biomedicina e la diagnostica. Nel diario Angewandte Chemie , i ricercatori hanno introdotto un nanocluster di 16 atomi d'argento stabilizzati da un avvolgimento di filamenti di DNA. Utilizzando l'analisi a raggi X, sono stati in grado di determinare la struttura cristallina e identificare importanti interazioni al suo interno.

A differenza dei solidi o delle nanoparticelle, nanocluster, come molecole, può passare da un livello energetico discreto all'altro assorbendo o emettendo luce (fluorescenza). I nanocluster fatti di argento sono particolarmente interessanti, in particolare perché possono emettere una fluorescenza molto brillante. Le loro proprietà ottiche dipendono fortemente dalle dimensioni dei nanocluster, quindi è importante creare singoli cluster con un numero di atomi ben definito. Per molti anni, gli scienziati hanno utilizzato brevi filamenti di DNA come biocompatibili, alternative idrosolubili ai "modelli" convenzionali.

Un team guidato da Tom Vosch dell'Università di Copenaghen, Danimarca, e Jiro Kondo alla Sophia University, Tokio, Giappone, hanno cristallizzato un nanocluster di esattamente 16 atomi di argento usando una sequenza di DNA di dieci nucleotidi. I cristalli magenta emettono luce nel vicino infrarosso quando irradiati con luce verde, con spettri quasi identici come un cristallo o in soluzione.

L'analisi strutturale ha rivelato che i nanocluster Ag16 hanno un diametro di circa 7 e un'altezza di circa 15 (1 è un decimilionesimo di millimetro). Ogni nanocluster è strettamente avvolto e quasi completamente schermato da due filamenti di DNA in una conformazione a ferro di cavallo. I due filamenti di DNA sono principalmente legati dalle interazioni con gli atomi d'argento e in una certa misura da alcuni legami idrogeno. Sorprendentemente, nessuno degli accoppiamenti di basi Watson-Crick tipicamente osservati per il DNA si trova in questo caso. Inoltre, nuove interazioni argento-argento sono state osservate all'interno del cluster.

L'impaccamento dei nanocluster DNA-argento nel cristallo è promosso da varie interazioni, compresi quelli tra gruppi fosfato e ioni calcio, e -stacking tra nucleobasi timina adiacenti. Quest'ultimo svolge un ruolo importante nel processo di cristallizzazione. Inoltre, cationi d'argento vagamente associati sono presenti all'interno del cristallo; alcuni formano un ponte tra le basi del DNA, mentre altri interagiscono solo con atomi d'argento all'interno del nucleo degli ammassi.

Queste nuove intuizioni potrebbero aiutare a spiegare la relazione tra le proprietà strutturali e di emissione dei nanocluster, e sviluppare un metodo per la sintesi di ulteriori monodisperse, biocompatibile, cluster d'argento idrosolubili con caratteristiche fotofisiche vantaggiose per applicazioni come l'imaging biomedico.