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Enhanced brightness of ultra-small gold nanoparticles in the second biological window through thiol ligand shell control

  • Gold-based nanoparticles below 2 nm in size are promising as luminescent probes for in vivo bioimaging, owing to their brightness and rapid renal clearance. However, their use as contrast agents in the near-infrared II (NIR-II, 1000–1700 nm) range remains challenging due to their low photoluminescence (PL) quantum yield. To address this, PL enhancement can be achieved by either rigidifying the ligand-shell structure or increasing the size of the ligand shell. In this study, we synthesized ultra-small gold nanoparticles stabilized by co-ligands, namely monothiol and short dithiol molecules. By precisely controlling the amount of reducing agent used during particle preparation, we successfully modulated the physicochemical properties of the co-ligand shell, including its size, composition, and structure. Consequently, we achieved a remarkable 60-fold increase in the absorption cross-section at 990 nm while maintaining the small size of the 1.5-nm metal core. The analytical and opticalGold-based nanoparticles below 2 nm in size are promising as luminescent probes for in vivo bioimaging, owing to their brightness and rapid renal clearance. However, their use as contrast agents in the near-infrared II (NIR-II, 1000–1700 nm) range remains challenging due to their low photoluminescence (PL) quantum yield. To address this, PL enhancement can be achieved by either rigidifying the ligand-shell structure or increasing the size of the ligand shell. In this study, we synthesized ultra-small gold nanoparticles stabilized by co-ligands, namely monothiol and short dithiol molecules. By precisely controlling the amount of reducing agent used during particle preparation, we successfully modulated the physicochemical properties of the co-ligand shell, including its size, composition, and structure. Consequently, we achieved a remarkable 60-fold increase in the absorption cross-section at 990 nm while maintaining the small size of the 1.5-nm metal core. The analytical and optical characterization of our thiol-capped gold nanoparticles indicates that the ligand shell size is governed by the quantity of the reducing agent, which, in turn, impacts the balance between radiative and non-radiative processes, thereby influencing the PL quantum yield.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:W. Mohammad, Karl David Wegner, C. Comby-Zerbino, V. Trouillet, M. P. Ogayer, J.-L. Coll, R. Marin, D. Jaque Garcia, Ute Resch-GengerORCiD, R. Antoine, X. Le Guevel
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Journal of Materials Chemistry C
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.2 Biophotonik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Royal Society of Chemistry (RSC)
Jahrgang/Band:11
Ausgabe/Heft:42
Erste Seite:14714
Letzte Seite:14724
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Calibrated fluorescence measurements; Gold nanocluster; NIR-II fluorescence; Nanomaterial design; SWIR
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Material
Material / Materialdesign
Material / Nano
DOI:10.1039/D3TC03021K
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-588117
ISSN:2050-7526
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:15.11.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:15.11.2023
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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