Les cristaux du complexe dopé à l'argent ont montré une photoluminescence rouge vif sous lumière UV, alors que les cristaux de la structure non dopée n'émettaient aucune lumière. Cela a mis en évidence le rôle de l'argent dans la modification de la structure du complexe pour provoquer la photoluminescence. Crédit :Takane Imaoka, Kimihisa Yamamoto de l'Institut de technologie de Tokyo
Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo ont découvert qu'un complexe nanométallique de thiolate de platine dopé à l'argent présente une photoluminescence 18 fois supérieure à celle du complexe de platine d'origine. Dans leur récent article, ils donnent un aperçu des causes de cela, couronnement d'une nouvelle approche pour créer des composés non toxiques et biocompatibles efficaces pour la bio-imagerie.
La plupart d'entre nous ont rencontré la luminescence sous une forme ou une autre, que ce soit des lucioles dans la nuit ou des planctons dans l'océan, ou même un bâton lumineux à la foire. Bien qu'étant un phénomène merveilleux en soi, la luminescence a un plus grand attrait pour les scientifiques pour des raisons plus spécifiques, comme sa capacité à faire briller des échantillons biologiques sensibles à la lumière dans le noir sous le microscope.
Récemment, les nanoclusters métalliques - de très petites particules de l'ordre de quelques nanomètres - ont attiré pas mal d'attention de la part des biochimistes en tant que matériaux photoluminescents prometteurs pour la bio-imagerie, étant donné leur taille pratique pour la perméabilité dans divers organes, leur non toxicité, et leur biocompatibilité, contrairement aux colorants organiques ou aux nanoparticules semi-conductrices existants. Il y a, cependant, un problème fondamental empêchant leur généralisation :la photoluminescence est extrêmement faible et de courte durée.
Une équipe de scientifiques du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japon, pensent que cela pourrait être dû au fait que les mécanismes sous-jacents au comportement photoluminescent de ces particules sont encore mal compris. Dans leur dernier article publié dans Angewandte Chemie , l'équipe, dirigé par le Pr Takane Imaoka, rapportent leur découverte du fait que le dopage d'un complexe de thiolate de platine avec de l'argent augmente la photoluminescence de 18 fois ! Ils creusent aussi pourquoi, en descendant jusqu'aux atomes dans un complexe de thiolate de platine dopé à l'argent.
Des calculs théoriques ont démontré comment l'ion argent s'insère bien dans le trou de l'anneau de thiolate de platine, stabilisant de manière significative la structure à l'état sous tension. Lorsque l'ion argent n'est pas présent dans l'anneau, la structure se déforme considérablement lors de la mise sous tension. Crédit :Takane Imaoka et Kimihisa Yamamoto de l'Institut de technologie de Tokyo
Leur observation cristallographique aux rayons X de la structure a montré que l'ion argent est au centre d'un anneau complexe de platine en forme de diadème. Une observation plus poussée a révélé que la photoluminescence sous irradiation UV est élevée lorsque cette structure est sous sa forme cristalline ou lorsque sa solution dans un solvant organique est ultra-refroidie à 77 K ou -196,15 °C. Le professeur Imaoka pose les questions soulevées par ces observations :« Une des raisons de ces augmentations de photoluminescence est que le mouvement thermique des composants de la partie annulaire est supprimé dans ces conditions. Mais quel rôle joue la structure et les orbitales moléculaires frontières ont-elles quelque chose ? à voir avec cette augmentation?"
Découvrir, l'équipe a effectué des calculs de théorie fonctionnelle de la densité. Ces calculs leur ont donné une idée des structures du complexe sur la base des états d'énergie et de la géométrie des orbitales moléculaires - la plage de mouvement des électrons au sein de la structure. Ils ont découvert que lorsqu'ils étaient sous tension, comme avec l'irradiation UV, la structure est maintenue stable par l'ion argent, conduisant à une bonne photoluminescence; ceci est différent de la structure en anneau seule qui devient fortement déformée lors de l'excitation. "Cela pourrait être dû au fait que la taille de l'ion argent et la cavité de l'anneau de thiolate de platine correspondent bien et que les orbitales sont bien alignées, " explique le Pr Imaoka. " Toute distorsion provoquerait une répulsion énergétiquement défavorable. L'ion argent agit comme un modèle pour maintenir la structure hautement ordonnée du complexe de type diadème, améliorant ainsi énormément sa phosphorescence."
Les scientifiques ont également effectué des études photophysiques qui ont donné des résultats prometteurs. La structure dopée à l'argent a subi beaucoup moins de décroissance non radiative que la structure non dopée.
Ces résultats corroborent ceux d'une autre étude sur un complexe d'or dopé aux ions argent en forme de bâtonnet. « S'il existe une corrélation perceptible entre cette étude et des études antérieures de ce type, Ensuite, la capacité de l'ion argent à stabiliser les orbitales moléculaires inoccupées de plus faible énergie dans ces structures pourrait être la nouvelle clé de la conception de nanoclusters métalliques photoluminescents. Les détails des orbitales moléculaires frontières qui sont uniques à chaque amas pourraient être utiles pour prédire les structures idéales des amas métalliques, et peut-être, mettre en lumière la voie à suivre pour en développer de nouvelles et efficaces à l'avenir, " commente le Pr Imaoka, enthousiasmé par son travail. Et qui ne le serait pas si un seul atome suffit pour faire la différence ?
