Blauw fluorescerende nanocapsule

Origineel gepubliceerd op de site van Agentschap NL.

Samenvatting

Aan het Tokyo Institute of Technology heeft professor Yoshizawa een blauw fluorescerend molecuul in de vorm van een capsule gesynthetiseerd. In de holte van dit soort capsules kunnen allerlei geschikte moleculen worden ingebracht die meer toepassingen mogelijk maken dan het uitzenden van blauw licht. Hierdoor kunnen capsules met andere kleuren worden ontwikkeld. Ook denken de onderzoekers deze capsules te kunnen gebruiken als chemische sensoren, biologische probes en voor LED-verlichting en gerichte medicijn afgifte.

Details

Associate prof. Michito Yoshizawa van de “smart materials” groep van het Chemical Resources Laboratory van het Tokyo Institute of Technology bouwt supramoleculaire structuren met functionele vormen, zoals capsules, cilinders en andere holten. Deze capsules zijn ongeveer een nanometer groot. Benzeenringen vormen de bouwblokken van deze nanocapsules. Yoshizawa heeft met deze bouwblokken allerlei moleculaire capsules gebouwd, variërend tussen de anderhalf en twee nanometer. Onlangs publiceerde hij de resultaten van zijn meest recente onderzoek: een blauw fluorescerende nanocapsule. Zoals verwacht, werd met kristallografische technieken aangetoond dat deze nanocapsule is opgebouwd uit een viertal “schillen”, die bijeen gehouden worden door twee metaalionen. M, het metaal, kan een zink- koper-, platina-, paladium-, nikkel-, kobalt- of mangaanion zijn. Dit M2L4 molecuul ontstaat door gecoördineerde self-assembly van twee metaalionen en vier gebogen liganden van antraceen en gesubstitueerde benzeen. Het antraceen in de liganden vormt het fluorescerende deel van dit molecuul. De zink capsule vertoont een sterke blauwe fluorescentie met een hoge kwantumopbrengst. Daarentegen blijken de nikkel en mangaan capsules maar heel zwak te fluoresceren en de platina, palladium en kobalt capsules in het geheel niet. De fluorescentie van de koper capsule blijkt afhankelijk te zijn van het oplosmiddel waarin de capsule zich bevindt. In dimethylsulfoxide emitteert hij blauw licht, maar er is geen emissie waar te nemen in acetonitril.

Fig. 1 Blauw fluorescerende nanocapsule (bron: Tokyo Institute of Technology).

Dit is de eerste keer dat er fluorescentie is gevonden bij moleculaire capsules met een geïsoleerde, grote holte. De Tokyo Tech onderzoekers denken dat zij nu in staat zijn andere fluorescerende moleculen te kunnen maken door geschikte moleculen in de holte in te brengen. Berekeningen van de sterkte van de bindingen tussen de atomen van de capsule laten zien dat een deel van de structuur kan openen en sluiten als een deksel. Op deze manier kunnen dan andere moleculen in de holte worden ingebracht. Yoshizawa heeft bijvoorbeeld zo een C60 molecuul, de buckyball, in een capsule ingekapseld. Daardoor ontstaan er mogelijkheden om andere functies aan deze moleculen te geven dan het uitzenden van blauw licht. Wanneer de holte gevuld wordt met een rood licht emitterend molecuul, verwacht je een paarse fluorescentie, aldus Yoshizawa. Volgens hem is bijvoorbeeld gerichte medicijnafgifte een andere mogelijke toepassing van dit soort capsules. Op deze manier kunnen medicijnen veilig door de maag en de maagzuuromgeving geloodst worden om bijvoorbeeld in de twaalfvingerige darm uit de capsule te worden vrijgelaten. De onderzoekers denken dat hun nanocapsules nieuwe toepassingen kunnen vinden als chemische sensoren, biologische probes en LEDs.

Bronnen