Itsejärjestäytyneitä nanorakenteita voidaan hallita valikoidusti

Plasmonisilla nanohiukkasilla on ominaisuuksia, jotka perustuvat niiden rakenteisiin ja suhteelliseen sijaintiin toisiinsa nähden. Tutkijat ovatkin nyt kehittäneet helpon tavan käsitellä plasmonisten nanorakenteiden optisia ominaisuuksia, jotka ovat vahvasti riippuvaisia niiden avaruudellisesta järjestäytymisestä.

Plasmoniset nanohiukkaset voivat muodostaa rykelmiä, plasmonisia metamolekyylejä, jotka sitten ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Nanohiukkasten rakenteiden muuttamista voidaan hyödyntää metamolekyylien ominaisuuksien muuttamisesta hallitusti.

”Haasteena on saada rakenteet muuttamaan geometristä järjestäytymistään hallitulla tavalla ulkoisten ärsykkeiden avulla. Tässä tutkimuksissa rakenteet ohjelmoitiin muuttamaan muotoaan säätämällä pH:ta”, apulaisprofessori Anton Kuzyk Aalto-yliopistosta kertoo.

Ohjelmoitavien DNA-lukkojen hyödyntäminen

Tutkimuksessa plasmoniset metamolekyylit oli varustettu pH-herkillä DNA-lukoilla. DNA-lukot voidaan helposti ohjelmoida toimimaan tietyillä pH-alueilla. Metamolekyylit voivat olla joko lukitussa tilassa, kun pH-arvo on matala, tai relaksoituneessa tilassa, kun pH-arvo on korkea. Kummankin tilan optiset vasteet ovat hyvin erilaisia. Näin ollen voidaan luoda systeemejä, jotka perustuvat useiden erityyppisten plasmonisten metamolekyylien toimintaan, sillä kukin tyyppi on suunniteltu vaihtamaan tilaansa tietyssä pH-arvossa.

Tätä mahdollisuutta ohjelmoida nanorakenteita tietyn toiminnon suorittamiseksi ainoastaan tietyllä pH-alueella voidaan soveltaa sellaisten nanolaitteiden ja älykkäiden nanomateriaalien alalla, jotka perustuvat räätälöityjen optisten toimintojen hyödyntämiseen.

Plasmonisten metamolekyylien aktiivinen hallinta on lupaava keino kehittää antureita, optisia kytkimiä, muuntimia ja vaiheensiirtimiä eri aallonpituuksilla. Tulevaisuudessa pH-herkkiä nanorakenteita voitaisiin hyödyntää lääkkeiden hallitun annostelun kehittämisessä.

Tutkimuksen suorittivat Anton Kuzyk Aalto-yliopistosta, Maximilian Urban ja Na Liu Max Planck Institute for Intelligent Systems -tutkimuslaitoksesta ja Heidelbergin yliopistosta sekä Andrea Idili ja Francesco Ricci Rooman Tor Vergata -yliopistosta.

Artikkeli: Selective control of reconfigurable chiral plasmonic metamolecules. (advances.sciencemag.org)