Преодолев некоторые высокотехнологичные и давние препятствия, группе ученых удалось создать то, что описывается как самые яркие флуоресцентные материалы из существующих. Исследователям удалось передать свойства высоко флуоресцентных красителей твердым оптическим материалам, открыв новые возможности во всем, от разработки солнечных элементов нового поколения до передовых лазеров.
Исследование было проведено учеными из Университета Индианы и Университета Копенгагена, которые намерились решить проблему флуоресцентных красителей, возникшую 150 лет назад. Проблема известна как «гашение» и возникает, когда красители переходят в твердое состояние, что заставляет их плотно сгруппироваться и стать электронно связанными, притупляя их флуоресцентное свечение. Эта беда «гашения» поражает подавляющее большинство из более чем 100 000 красителей, существующих сегодня.
«Проблема гашения и связывания красителей возникает, когда красители стоят плечом к плечу внутри твердых тел», - говорит автор исследования Амар Флад, химик из Университета Индианы. «Они не могут не «касаться» друг друга. Как маленькие дети, сидящие во время рассказа, они мешают друг другу и перестают вести себя как личности».
Флад и его коллеги считают, что они нашли решение этой проблемы за счет использования звездообразной молекулы макроцикла, которая не дает флуоресцентным молекулам взаимодействовать друг с другом.
Эти так называемые пятиугольные макроциклы Cyanostars были смешаны с цветными красителями в бесцветном растворе, что позволяет красителям сохранять свои оптические свойства, поскольку смесь образует так называемые низкомолекулярные ионно-изоляционные решетки (small-molecule ionic isolation lattices, SMILES). В свою очередь, эти решетки можно выращивать в кристаллы, превращать в сухие порошки, наматывать на тонкие пленки и даже напрямую интегрировать в полимеры.
Преодолев некоторые высокотехнологичные и давние препятствия, группе ученых удалось создать то, что они описывают как самые яркие флуоресцентные материалы из существующих. Фото: Amar Flood
Новые сверхъяркие материалы, видимые в белом свете слева и флуоресцирующие в ультрафиолетовом свете справа. Амар Флад.
Это подход, который исследовался и ранее, хотя с одним ключевым отличием. Ранее предпринимались попытки создать пространство между красителями с помощью цветных молекул макроцикла, но команда обнаружила, что, используя вместо них бесцветные версии, у флуоресцентных красителей оставалось пространство, необходимое для их работы.
«Некоторые люди думают, что бесцветные макроциклы непривлекательны, но они позволили изоляционной решетке полностью выразить яркую флуоресценцию красителей, не обремененную цветами макроциклов», - говорит Флад.
Команда видит много возможностей для этих новых сверхъярких материалов, отмечая сбор солнечной энергии, биомикроскопия, технологии отображения на 3D дисплеях, переключаемые светом материалы и лазеры как лишь некоторые из потенциальных приложений. На данный момент, однако, исследователи планируют продолжить изучение свойств структуры, чтобы заложить основу для такого рода практических применений в будущем.
Новые сверхъяркие материалы, видимые в белом свете слева и флуоресцирующие в УФ-свете справа. Фото: Amar Flood
«Эти материалы совершенно новые, поэтому мы не знаем, какие из их врожденных свойств действительно обеспечат превосходную функциональность», - говорит Флад. «Мы также не знаем пределов материалов. Итак, мы разработаем фундаментальное понимание того, как они работают, предоставив надежный набор правил проектирования для создания новых свойств. Это очень важно для передачи этих материалов в руки других - мы хотим заниматься краудсорсингом и работать с другими в этом направлении».
Исследование было опубликовано в журнале Chem.
Источник: New Atlas / Cell Press via EurekAlert
