Длина цепи определяет молекулярный цвет

Во всем мире в настоящее время проводится огромное количество исследований и разработок углеродсодержащих или органических молекул, которые излучают цветной свет после соответствующего возбуждения. Движущей силой этой области исследований являются производство дисплеев и развитие методов биомедицинской визуализации. В то время как точная настройка цвета в органических флуоресцентных красителях до сих пор обычно достигалась путем смешивания различных молекул, исследователи ETH теперь разработали подход, который может генерировать широкую палитру цветов путем химической корректировки самих молекул.


Иньинь Бао, руководитель группы профессора ETH Жана-Кристофа Леру, и его команда ученых обратились к флуоресцентным органическим полимерам для этой работы. Эти лучше всего рассматривать как движущиеся цепи различной длины. «Цепочки имеют симметричную структуру, и два компонента внутри них способствуют флуоресценции», — объясняет Бао. «Один компонент, называемый флуорофором, находится в середине цепочки, в то время как другой компонент встречается один раз на каждом из двух концов цепочки». К флуорофору в середине цепи с каждым концом цепи присоединяются звенья, количество и структуру которых ученые могут скорректировать. Если полимерная цепь изогнута так, что один из ее концов оказывается рядом с флуорофором, и цепь одновременно облучается УФ-светом, она флуоресцирует.

Расстояние влияет на взаимодействие

Теперь ученые смогли показать, что цвет флуоресценции зависит не только от структуры звеньев и концов цепи, но и от количества звеньев цепи. «За флуоресценцию этих полимеров отвечает взаимодействие конца цепи и флуорофора», — говорит Бао. «Расстояние между двумя компонентами влияет на их взаимодействие и, следовательно, на излучаемый цвет».

Используя метод, называемый живой полимеризацией, исследователи могут регулировать количество звеньев цепи. Во-первых, они постепенно наращивают цепочку, медленно прикрепляя строительные блоки к флуорофору. Как только желаемая длина будет достигнута, ученые могут прекратить процесс и одновременно сгенерировать молекулу на конце цепи. Вот как исследователи получили полимеры разного цвета: из менее чем 18 строительных блоков молекулы флуоресцируют желтым; с 25 звеньями цепи, зелёный; и с 44 или более ссылками, синий. «Что особенного в этом, так это то, что все эти по-разному люминесцентные полимеры состоят из одних и тех же компонентов. Единственная разница — длина цепи», — говорит Бао.

OLED- с широкой цветовой гаммой

Исследовательская группа, в которую вошли ученые из группы профессора ETH Чих-Джен Ши и из Королевского Мельбурнского технологического института в Австралии, опубликовала свою работу в журнале. Достижения науки. В настоящее время исследователи могут производить флуоресцентные полимеры желтого, зеленого и синего цветов, но они работают над расширением этого принципа, включив в него другие цвета, включая красный.

Эти новые флуоресцентные полимеры нельзя использовать непосредственно в качестве OLED (органических светодиодов) в дисплеях, потому что их электропроводность недостаточно высока, объясняет Бао. Однако должна быть возможность комбинировать полимеры с полупроводниковыми молекулами, чтобы простым способом производить OLED с широким цветовым диапазоном. Используемые в концентрированных солнечных электростанциях, они также могут более эффективно собирать солнечный свет и, таким образом, повышать эффективность электростанций. Бао видит основные области их применения в лабораторных диагностических процедурах с использованием флуоресценции, например, в ПЦР, а также в процедурах микроскопии и визуализации в клеточной биологии и медицине. Другие возможные варианты использования — это элементы защиты банкнот и сертификатов или паспортов.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments