Сотрудники лаборатории поверхностных явлений в полимерных системах Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН с коллегами из Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН и НИЯУ МИФИ показали, что флуорофор сульфоцианин-3, привитый на сферическую плазмонную наночастицу с золотым ядром и органокремнезёмной оболочкой толщиной 14 нм, благодаря плазмонному усилению флуоресценции светится до 8 раз ярче, чем чистый флуорофор. Если оболочка относительно тонкая (4 нм), напротив, происходит тушение, и флуорофор светит слабее. Изменение толщины оболочки вокруг золотого ядра позволяет управлять эмиссией флуорофора. Об этом сообщили в Минобрнауки России.

Известно, что в поле металлической наночастицы молекулы флуорофора активнее переходят в возбуждённое состояние — это первый шаг, необходимый для последующего светоиспускания. Однако, если возбуждённая 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 определённом расстоянии (между 5–7 и 15–20 нм) от металлической наночастицы наблюдается так называемое плазмонное усиление флуоресценции, то есть флуорофоры, поглотив энергию, чаще трансформируют её в излучение и светят ярче.

«В этой работе мы впервые привили молекулы двух флуорофоров — сульфоцианина-3 и бордипиррометенового красителя — на органокремнезёмную оболочку вокруг золотого ядра. Поскольку эффект плазмонного усиления зависит от расстояния между наночастицей золота и флуорофором, то, синтезируя оболочки определённой толщины, мы точно задаём это расстояние, и, следовательно, управляем флуоресценцией», — объяснила один из авторов работы кандидат химических наук Мария Карцева.

Исследования показали, что при толщине органокремнезёмной оболочки в 14 нм сульфоцианин флуоресцирует в восемь 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. Результаты опубликованы в журнале Optical Materials.