Universiteit Leiden

nl en

Gouden nano-antennes onthullen elektrochemische eigenschappen losse moleculen

Individuele moleculen zijn extreem moeilijk te zien via hun zwakke fluorescentie. Piepkleine gouden nanostaafjes fungeren als nieuwe antennes om hun signaal 500 maal te versterken. Publicatie op 24 februari in Angewandte Chemie.

In de vroege jaren ’80 produceerde IBM haar wereldberoemde afbeelding van individuele deeltjes die de naam van het bedrijf spellen. Ze hadden daarvoor een kleine elektrische kracht (STM) gebruikt om voor het eerst losse deeltjes te zien. Een decennium later lukte het wetenschappers om daadwerkelijk moleculen te zien in de menselijke zin van het woord—met zichtbaar licht. Ze wisten hun fluorescente licht op te vangen. Leids natuurkundige Michel Orrit was een van die pioniers.

Nanostaafje

Vandaag de dag bouwen Orrit en zijn groep voort op dat onderzoek, met gebruik van minuscule antennes om het signaal te versterken voor beter zicht. In plaats van een grote metalen antenne voor radiogolven, hanteren ze een klein staafje om zichtbare lichtgolven op te vangen. Dit gouden nanostaafje—van 40x80 nanometer—verhoogt aan beide uiteinden plaatselijk het elektromagnetische veld van licht. Als een molecuul toevallig op een uiteinde zit, fluoresceert het 500 maal sterker dan zonder het staafje.

Redox

Orrits groep publiceert een artikel in Angewandte Chemie waarin ze beschrijven hoe ze hun concept hebben uitgetest op zogenoemde redoxreacties. Die vinden plaats in elk elektrisch proces, bijvoorbeeld in zonnecellen. ‘We testten op redoxreacties als een proof-of-concept,’ zegt Martin Caldarola, een van de auteurs. ‘Tegelijkertijd zijn redoxreacties een erg interessante toepassing van onze techniek voor veel onderzoekers, omdat ze in zoveel processen voorkomen.’

Indicator

Caldarola testte de techniek door de halfwaardepotentiaal te bepalen—een belangrijke indicator voor het vermogen van een stof om redoxreacties uit te voeren. Dit geeft bijvoorbeeld de toepasbaarheid aan voor zonnecellen. De nieuwe methode stelt wetenschappers in staat om de halfwaardepotentiaal vast te stellen voor elk molecuul, zodat ze materialen zeer nauwkeurig kunnen bestuderen.

Aan beide uiteinden van het nanostaafje (geel)
is het elektromagnetische veld van licht versterkt
met een factor 500 (rode vlekken). Als een molecuul
(blauwe puntjes) zich daar bevindt, is zijn
fluorescentiesignaal 500 maal sterker.