Fluorescence dynamics of dye-dye and dye-nanostructures interactions

Abstract

Electrokimyasal anodizasyon metodu ile hazırlanan Gözenekli silikon (PSi) nano yapılar üzerine yerleştirilen BODIPY boya moleküllerinin ışıma karakterleri zaman ayrımlı yarıömür ölçümleri yapılarak incelenmiştir. Aydınlatma ışığı ve silikon levhanın direnç değerinin PSi oluşumu üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Eş fazlı ışık kaynağı kulanıldığı zaman düzenli konik yapıların oluştuğu ve nano yapıların büyüklüğünün aydınlatma ışığının dalgaboyu ile orantılı olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, yüksek direnç değerine sahip olan silikon levha kullanıldığında, PSi yüzeyinde oluşan yapıların karakteri değişmiş ve konik tepeler yerine nano boyutta küreler elde edilmiştir. Nano tepeciklere yerleştirilen boya moleküllerinin ışıma oranı, konik yapıların tepe açılarına bağlı olarak değişir. BODIPY ve küresel nano yapılar arasındaki etkileşim ise konfokal FLIM tekniği ile incelenmiştir. BODIPY ve PSi arasında enerji transferinin söz konusu olduğu ve transfer miktarının PSi yüzey üzerinde oluşan silikon dioksit tabakasının kalınlığına bağlı olduğu gözlemlenmiştir. Oksit tabaksının kalınlığı arttıkça, enerji transfer miktarı ise giderek azalmaktadır. Enerji transfer oranı NSET modeli kullanılarak hesaplanabilir ve böylece PSi yüzey üzerinde oluşan oksit tabakasının üç boyutlu haritası elde edilmiş olur. Son olarak, hydrogel içerisine kovalent bağlarla yerleştirilen BODIPY boya molekülleri arasındaki etkileşim incelenmiştir. Hydrogel çözünmeden ve yapısal değişime uğramadan içine su alabilme ve şişme özelliğine sahip olduğundan, boya molekülleri arasındaki mesafe kontrollü bir şekilde değiştirilebilir. Şime sonucunda boya moleküllerinin yarıömrü giderek artar. Hydrogel içine yerleştirilen BODIPY boya moleküllerinin ışıma karakteri konsantrasyona bağlı sönmeden daha çok FRET teorisine uymaktadır.

The decay dynamics of (Boradiazaindacene) BODIPY dye molecules embedded in Porous silicon (PSi) nanostructures produced by electrochemical anodization of p-type silicon wafers in an HF solution are investigated using time-resolved lifetime measurements. Illumination light and resistivity effects on the growth mechanism of the PSi are studied. Coherence is observed to be the foundation of regularity in obtaining conical shapes and the pillar size is almost linearly proportional to the illumination wavelength. Moreover, high resistivity of silicon wafer considerably changes the surface topography of the PSi and silicon nanospheres are obtained instead of nanopillars. The decay rate of the BODIPY embedded in the vicinity of various size pillar tips is affected due to different apex angles of the conical nature. Interaction between BODIPY and nanospheres is explained using confocal FLIM technique. It is observed that there is an efficient energy transfer mechanism between BODIPY and PSi. Energy transfer efficiency strongly depends on the thickness of the silicon dioxide layer covering the PSi. As oxidation increases, energy transfer rate decreases. This change in energy transfer rate seems to obey NSET mechanism, which allows us to obtain a three dimensional topographic map of the developed oxide layer on the rough and complicated surface of a PSi nanostructure. Finally, interaction between BODIPY dye molecules, which are covalently bound to a PEG based hydrogel is also studied. Since the hydrogel structure is capable of absorbing a large amount of water, without dissolving and losing its shape, upon swelling, the distance between the BODIPY dyes is controllably changed; it is observed that the fluorescence lifetime of BODIPY increases. The decay dynamics of the BODIPY dye molecules confined within a hydrogel cluster obeys FRET rather than self (or contact) quenching.