La capacità di vari metalli nobili e dielettrici di migliorare la fluorescenza è stata confrontata dai ricercatori A*STAR, in vista di tecnologie più sensibili per creare nuove applicazioni in biologia e medicina.
La fluorescenza si verifica quando un elettrone, dopo l'eccitazione da una molecola di fluoroforo, ritorna dallo stato eccitato al suo stato fondamentale ed emette un fotone di luce. Utilizzando questo fenomeno, etichettatura fluorescente, una tecnica altamente sensibile e non distruttiva, consente il legame a una regione specifica o a un gruppo funzionale su una molecola bersaglio, come una proteina o un enzima.
L'etichettatura fluorescente è comunemente usata per tracciare composti biologici o chimici in mineralogia, forense, e medicina. La sua applicazione nel sequenziamento del DNA, biologia molecolare e cellulare, e anche l'industria della sicurezza alimentare sta suscitando un notevole interesse, ma si basa sulla luce emessa da un singolo fluoroforo, che è generalmente debole, vanificarne la sensibilità.
Questo sta spingendo la ricerca di tecnologie che amplificano la fluorescenza, spronare Bai Ping e i colleghi del dipartimento di elettronica e fotonica dell'A*STAR Singapore Institute of High Performance Computing a confrontare le capacità di miglioramento della fluorescenza delle nanoparticelle dielettriche e delle nanoparticelle di metallo plasmonico d'argento e d'oro.
"In precedenza, i metalli sono stati utilizzati perché sono in grado di confinare la luce in una piccola area, producendo un segnale più forte, " spiega Bai. "Ma, quando il metallo viene posizionato vicino al fluoroforo, parte della luce viene riassorbita dal metallo, chiamato quenching, riducendo le sue capacità di miglioramento della fluorescenza".
Poiché i materiali dielettrici non subiscono tempra, in particolare nella gamma della luce visibile, sono stati anche usati; ma hanno capacità di confinamento inferiori rispetto ai metalli.
"Serve un ibrido che unisca i vantaggi di entrambi i materiali, " dice Bai. "Il nostro lavoro confronta le prestazioni di entrambi i materiali tenendo conto delle loro strutture e degli ambienti operativi, prevedendo un confronto oggettivo».
A causa delle piccole distanze tra i materiali e i fluorofori, un confronto sperimentale è molto impegnativo. I ricercatori hanno utilizzato una simulazione basata su un semplice modello di nanoparticelle sferiche, e osservato il miglioramento della fluorescenza in un ambiente di aria e acqua. Ciò ha permesso loro di osservare le diverse caratteristiche di confinamento fisico per ciascun materiale.
"I nostri risultati mostrano che in aria il dielettrico è migliore, ma in acqua i metalli si comportano meglio, " dice Bai. "Questo ci ha fornito le conoscenze per esplorare nuovi materiali e strutture che potrebbero combinare i vantaggi di entrambi i materiali, con il potenziale per tecnologie più sensibili."
