(PhysOrg.com) - A demonstração do método de nanomontagem com base em DNA de precisão para fazer aglomerados de partículas emissoras de luz pode levar a avanços nas células solares, optoeletrônica, e biossensores

Ao ligar pontos quânticos semicondutores individuais com nanopartículas de ouro, cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA (DOE) demonstraram a capacidade de aumentar a intensidade da luz emitida por pontos quânticos individuais em até 20 vezes. O método de precisão para fazer os aglomerados de partículas emissoras de luz - publicado online em 26 de julho de 2010 na revista ChemComm - aumentará significativamente a capacidade dos cientistas de estudar e modificar as propriedades ópticas dos pontos quânticos, e pode eventualmente levar a melhores dispositivos de conversão de energia solar, eletrônica controlada por luz, e biossensores.

“Pontos quânticos - pequenos cristais de materiais semicondutores que fluorescem, ou emitem luz, em resposta à fotoexcitação - têm um enorme potencial para uso em uma ampla gama de campos, desde a conversão de energia solar até computação e medicina, ”Disse Mircea Cotlet, um físico químico do Centro de Nanomateriais Funcionais de Brookhaven (CFN) e autor principal do estudo atual. “Mas muitos fatores podem influenciar a luz que eles emitem, e é difícil classificar as contribuições desses fatores em grandes amostras devido à média de conjunto inerente. Construir estruturas de uma única molécula no CFN parecia a maneira ideal de provocar esses efeitos. ”

A equipe de Brookhaven desenvolveu recentemente uma técnica de precisão para construir tais estruturas nanométricas usando fitas curtas de DNA como uma “cola” altamente específica para unir as partículas.

“O DNA consiste em duas fitas com pares complementares de bases que se unem de apenas uma maneira, ”Explicou Oleg Gang, líder da equipe que desenvolveu a técnica. “Variando o comprimento dos fios individuais e anexando peças complementares às partículas que queremos unir, e ancorar todo o processo em uma superfície de montagem, podemos controlar com precisão a construção de nanoclusters individuais. ”

No estudo atual, a equipe usou esse processo de várias etapas para anexar pontos quânticos semicondutores às nanopartículas de ouro. Os materiais metálicos são conhecidos por afetar as propriedades ópticas dos pontos quânticos, quer aumentando ou inibindo a fotoluminescência, dependendo de uma série de fatores, incluindo o tamanho e a forma dos materiais, a distância entre eles, e o comprimento de onda da luz usada para induzir a fotoexcitação.

A técnica de montagem de precisão permitiu aos cientistas controlar o tamanho, forma, e fatores de distância com um alto grau de precisão e testam o efeito do comprimento de onda isoladamente. Eles escolheram especificamente dois comprimentos de onda para testar:um próximo à chamada "ressonância de plasmon" das nanopartículas de ouro - isto é, um comprimento de onda que induz uma oscilação coletiva dos elétrons condutores do material, levando a uma forte absorção de luz naquele comprimento de onda - e fora desta faixa.

O comprimento de onda dentro da faixa de ressonância do plasmão aumentou a fotoluminescência aproximadamente quatro vezes quando comparado com a luminescência alcançada pelo comprimento de onda fora da faixa de ressonância do plasmão. Quando comparado com a fotoluminescência de pontos quânticos individuais não ligados a nanopartículas de ouro, o comprimento de onda ressonante aumentou a fotoluminescência dos pontos quânticos ligados ao ouro em uma ordem de magnitude.

“Essa capacidade de controlar as propriedades excitônicas em pontos quânticos fluorescentes plasmônicos é essencial para o desenvolvimento de dispositivos como células solares, diodos emissores de luz, ou circuitos ópticos e podem melhorar a sensibilidade de ensaios de biossensor com base em pontos quânticos, ”Cotlet disse.