Коллектив французских ученых предложил метод самосборки трехмерных структур из квантовых точек.

NNN уже не раз и не два знакомил своих читателей с успехами ученых по использованию различных биомолекул для самосборки наноструктурированных материалов. На этот же раз помимо биологического «шаблона» коллектив французских исследователей использовал не менее популярные квантовые точки – в общем, тема весьма актуальная со всех сторон. Особенно, учитывая, что квантовые точки имеют трехмерное упорядочение в конечной структуре. Интересно, как это повлияет на их спектральные свойства?

Но в начале пару слов о синтезе подобной структуры. Авторы статьи ранее уже экспериментировали с липидными слоями, которые способствовали упаковке модифицированных квантовых точек CdSe/ZnS (гексапептид СССSSSD) в ламилярные структуры, благодаря электростатическому взаимодействию (отрицательно заряженный «хвост» гексапептида притягивается к положительно заряженной поверхности липидного слоя). Однако в это случае исследователям не удавалось добиться упорядоченной структуры внутри каждого слоя, что делало эту структуру лишь двумерной.

Рис. 1. Схема, поясняющая протекающий процесс самосборки.

В своей новой работе авторы предложили в дополнение к липидным слоям использовать актиновые микрофиламенты для получения упорядоченной структуры внутри каждого слоя. Для этого все три компонента (квантовые точки, актиновые микрофиламенты и везикулы двойного липидного слоя, состоящие из цвиттер-ионного DMPC и катионного DMTAP) помещались в капилляре, в котором через несколько суток с начала очень медленного взаимодействия была обнаружена ламеллярная гибридная структура.

Рис. 2. Схема, отражающая начальный состав смеси (а), а также растущая структура при дневном и УФ свете (b-d). Результаты малоугловой рентгеновской дифракции (е). Схема упаковки наноточек (f,i), распределение электронной плотности в этой структуре (g), а также микрофотография, полученная с помощью электронной микроскопии.

Спектры фотолюминесценции полученной трехмерной структуры отличаются от таковых для неупорядоченных и двумерных структур. На спектрах обнаружен небольшой батохромный сдвиг (13 нм), который по словам авторов статьи, не связан с изменением химического окружения квантовых точек.

Перенос энергии между соседними квантовыми точками в качестве причины такого сдвига авторы также считают несостоятельным из-за большого расстояния между ними (10 нм), превосходящего фёрстеровский радиус (5–7 нм).

В качестве наиболее правдоподобной гипотезы, авторы статьи предложили вклад так называемой «суперлюминесценции» (по литературным данным, наблюдаемой даже при очень большом расстоянии между квантовыми точками – до 150 нм), в доказательство которой приводится линейная зависимость интенсивности люминесценции от величины батохромного сдвига.

Рис. 3. Сравните спектры фотолюминесценции неупорядоченных наноточек и трехмерной структуры (а). Для доказательства «сверхлюминесцентной» природы дополнительного пика в спектре люминесценции, авторы исследовали зависимость интенсивность люминесценции от величины смещения (b,c).

Результаты исследований опубликованы в статье:

Etienne Henry, Aurélien Dif, Marc Schmutz, Loic Legoff, François Amblard, Valérie Marchi-Artzner, and Franck Artzner Crystallization of Fluorescent Quantum Dots within a Three-Dimensional Bio-Organic Template of Actin Filaments and Lipid Membranes. – Nano Lett. – 2011. – 11(12). – pp.~5443–5448; DOI: 10.1021/nl203216q.