Les nanoclusters sont de petits "tas" de quelques atomes qui ont souvent des propriétés optiques intéressantes et pourraient devenir des sondes utiles pour les processus d'imagerie dans des domaines tels que la biomédecine et le diagnostic. Dans la revue Angewandte Chemie , des chercheurs ont introduit un nanocluster de 16 atomes d'argent stabilisé par un enveloppement de brins d'ADN. Grâce à l'analyse aux rayons X, ils ont pu déterminer la structure cristalline et identifier les interactions importantes en son sein.

Contrairement aux solides ou aux nanoparticules, nanoclusters, comme les molécules, peut basculer entre des niveaux d'énergie discrets en absorbant ou en émettant de la lumière (fluorescence). Les nanoclusters en argent sont particulièrement intéressants, notamment parce qu'ils peuvent être très fluorescents. Leurs propriétés optiques dépendent fortement de la taille des nanoclusters, il est donc important de créer des grappes individuelles avec un nombre d'atomes défini avec précision. Pour plusieurs années, les scientifiques ont utilisé de courts brins d'ADN comme biocompatibles, alternatives solubles dans l'eau aux "modèles" conventionnels.

Une équipe dirigée par Tom Vosch à l'Université de Copenhague, Danemark, et Jiro Kondo à l'Université de Sophia, Tokyo, Japon, ont cristallisé un nanocluster d'exactement 16 atomes d'argent en utilisant une séquence d'ADN de dix nucléotides. Les cristaux magenta émettent de la lumière dans le proche infrarouge lorsqu'ils sont irradiés avec de la lumière verte, avec des spectres presque identiques sous forme de cristal ou en solution.

L'analyse structurelle a révélé que les nanoclusters Ag16 ont un diamètre d'environ 7 et une hauteur d'environ 15 (1 est un dix millionième de millimètre). Chaque nanocluster est étroitement enveloppé et presque complètement protégé par deux brins d'ADN dans une conformation en fer à cheval. Les deux brins d'ADN sont principalement liés par des interactions avec les atomes d'argent et dans une certaine mesure par quelques liaisons hydrogène. Étonnamment, aucun des appariements de bases Watson-Crick typiquement observés pour l'ADN n'est trouvé dans ce cas. En outre, de nouvelles interactions argent-argent ont été observées au sein de l'amas.

L'emballage des nanoclusters ADN-argent dans le cristal est favorisé par diverses interactions, y compris ceux entre les groupes phosphate et les ions calcium, et l'empilement entre les nucléobases thymines voisines. Ce dernier joue un rôle important dans le processus de cristallisation. En outre, des cations d'argent faiblement associés sont présents dans le cristal ; certains forment un pont entre les bases de l'ADN, tandis que d'autres n'interagissent qu'avec les atomes d'argent au cœur des amas.

Ces nouvelles connaissances pourraient aider à expliquer la relation entre les propriétés structurelles et d'émission des nanoclusters, et de développer une méthode pour la synthèse d'autres monodispersés, biocompatible, amas d'argent solubles dans l'eau avec des caractéristiques photophysiques avantageuses pour des applications telles que l'imagerie biomédicale.