Известно, что в поле металлической наночастицы молекулы флуорофора активнее переходят в возбужденное состояние – это первый шаг, необходимый для последующего светоиспускания. Однако, если возбужденная молекула флуорофора находится от частицы на небольшом расстоянии, то она чаще релаксирует без излучения, отдавая частице металла избыток энергии. Происходит тушение флуоресценции. Флуорофор светится слабее, чем он светился бы в отсутствие поля.
На определенном расстоянии (между 5-7 и 15-20 нм) от металлической наночастицы наблюдается так называемое плазмонное усиление флуоресценции, то есть флуорофоры, поглотив энергию, чаще трансформируют ее в излучение и светят ярче.
«В этой работе мы впервые привили молекулы двух флуорофоров – сульфоцианина-3 и бордипиррометенового красителя – на органокремнеземную оболочку вокруг золотого ядра. Поскольку эффект плазмонного усиления зависит от расстояния между наночастицей золота и флуорофором, то, синтезируя оболочки определенной толщины, мы точно задаем это расстояние, и, следовательно, управляем флуоресценцией», – объяснила один из авторов работы, кандидат химических наук Мария Карцева.
Исследования показали, что при толщине органокремнеземной оболочки в 14 нм сульфоцианин флуоресцирует в 8 раз сильнее. При дальнейшем увеличении толщины оболочки флуоресценция начинает уменьшаться. При толщине 22 нм она уже лишь в 4 раза больше, чем у чистого флуорофора. Таким образом, 14 нм – идеальное расстояние, на котором эффект усиления выражен сильнее всего.
Также в работе было найдено пограничное расстояние между молекулами флуорофора на поверхности наночастицы, при котором наблюдается переход от безызлучательного межмолекулярного переноса энергии (тушения) к усилению флуоресценции.
Полученные данные имеют большое значение для создания материалов с управляемой флуоресценцией, например, для биомаркеров или оптических наноустройств.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.
По материалам: M.E. Kartseva, D.M. Kravchinskiy, V.N. Morozov, M.S. Staltsov, V. A. Kuzmin, V.M. Rudoy, O.V. Dement'eva. Plasmonic core/shell nanoparticles with grafted fluorophore: Synthesis and emission control. Optical Materials. Volume 159, February 2025, 116674.
DOI: 10.1016/j.optmat.2025.116674.
Ольга Макарова / Пресс-служба ИФХЭ РАН
В других источниках:
Сетевое издание Naked Science. Новости ИФХЭ РАН 06/03/2025
Новости РАН 06/03/2025