Японски учени създадоха молекула с двойно действие: Едновременно излъчва и поглъща светлина

Японски учени постигнаха пробив в молекулярния дизайн, синтезирайки органична молекула с две важни свойства: ефективно излъчване на светлина, подходящо за съвременни дисплеи, и силно поглъщане, полезно за детайлна визуализация на биологични тъкани.

Откритието е публикувано в списание Advanced Materials и обещава напредък в OLED технологиите и медицинската диагностика.

Органичните светодиоди (OLED) са широко разпространени – от осветление до екрани на смартфони и телевизори.

Най-перспективните OLED материали използват термоактивирана закъсняла флуоресценция (TADF).

При TADF погълнатата енергия, „заключена“ в не-излъчващо състояние (триплетно състояние), преминава в излъчващо състояние (синглетно) благодарение на топлината от околната среда.

Това позволява ефективно преобразуване на енергията в светлина, правейки дисплеите по-ярки и енергоефективни.

Двуфотонното поглъщане (2PA) се използва в безвредна и прецизна медицинска визуализация.

При 2PA атомите се възбуждат от поглъщането на два нискоенергийни фотона вместо един високоенергиен.

Това позволява използването на инфрачервен лазер, който прониква по-дълбоко в тъканите без да ги уврежда, и фокусира върху малка област за изследване.

Тези две свойства – TADF и 2PA – са важни, но взаимно изключващи се.

TADF изисква усукана молекулярна структура, която разделя електронните орбитали, докато 2PA се нуждае от плоска структура с припокриващи се орбитали за ефективно поглъщане на светлина.

Учени от университета Кюшу, Националния Тайбейски технологичен университет и Националния централен университет са разработили молекула, наречена CzTRZCN.

Тя действа като молекулярен превключвател, променяйки структурата и свойствата си в зависимост от това дали поглъща или излъчва светлина.

Молекулата комбинира карбазол (Cz) с триазиново ядро (TRZ) и цианогрупи (CN), които регулират разпределението на електроните.

При поглъщане на светлина CzTRZCN запазва достатъчно припокриване на орбиталите за ефективно 2PA, а след възбуждане променя структурата си, разделяйки компонентите си, което осигурява TADF.

Експериментите потвърждават двойната функционалност.

В OLED устройство CzTRZCN постига външна квантова ефективност от 13,5%, нов рекорд за TADF материали на базата на триазин.

Високото сечение на двуфотонно поглъщане и яркостта показват потенциал за медицинска визуализация.

Доцент Йохеи Читосе от университета Кюшу обяснява, че CzTRZCN е металоорганично съединение с ниска токсичност и висока биосъвместимост. Това го прави подходящо за медицински сонди, например за диагностика на рак и неврологични заболявания.

Изследването е важна стъпка към създаването на универсални органични материали, комбиниращи фотоелектроника и биовизуализация.

Стратегията за молекулярен дизайн може да се приложи и към други многофункционални материали.

Читосе споделя, че екипът планира да разшири подхода, за да обхване по-широк диапазон от дължини на вълните на излъчване.