Открыта универсальная молекула для лучших дисплеев OLED, датчиков и биотеха

Группа учёных во главе с исследователями из Университета Мичигана (University of Michigan) открыла универсальную молекулу для флуоресцентных применений, которая одинаково рекордно эффективна как в твёрдом, так и в жидком состоянии. Такие особенности до предела расширяют сферу её применения от дисплеев до датчиков и визуализации в биологии, одновременно снижая расходы на производство.

Источник изображения: University of Michigan

Большинство исследований в сфере поиска новых светоизлучающих молекул начинается с жидкой фазы, с которой учёным проще работать. Перевод вещества в твёрдую фазу часто настолько сильно изменяет свойство соединений, что оно оказывается неинтересным для дальнейшей разработки, что означает потерянные время и деньги. И если с потерей денег ещё можно смириться, то время — это абсолютно невосполнимый ресурс.

Флуоресцентные молекулы, называемые флуорофорами, способны поглощать свет и излучать его на более низких энергетических уровнях (с большими длинами волн). Они обеспечивают свечение пикселей в OLED-дисплеях и помогают врачам и учёным понять, что происходит в клетках и тканях. В дисплеях и в датчиках они должны быть твёрдыми, но для биологических целей обычно используются жидкости. Большинство флуорофоров плохо работают в обеих фазах вещества, но только что открытый флуорофор работает.

«Флуоресцентный материал достиг рекордной яркости и эффективности: квантовая эффективность в твёрдом состоянии составила 98 %, а в растворе — 94 %», — сказал Джинсанг Ким (Jinsang Kim), профессор естественных наук и инженерии на факультете материаловедения и инженерии Мичиганского университета, который руководил исследованием.

Открытой учёными молекуле дали название TGlu. По факту это одно бензольное кольцо (шесть соединённых в правильный шестиугольник атомов углерода), к которому симметрично с противоположных сторон подсоединены по две группы доноров электронов и акцепторов. За счёт своих малых размеров и тесного расположения источника и приёмника электронов молекула приобретает те удивительные свойства, которые позволяют ей в жидком и твёрдом состоянии быть примерно одинаково эффективной.

Интересно, что молекула TGlu была открыта случайно, как часто происходит в научной работе. В исследовании она была не конечным, а промежуточным компонентом. В дальнейшем можно отталкиваться от её структуры и синтезировать новые флуоресцентные вещества. Эта под воздействием возбуждающего видимого света устойчиво испускает свет синей длины волны. Подбирая соединения с другими энергетическими зазорами можно открыть молекулы, светящиеся красным и зелёным светом.

Также учёные намерены ввести в соединение TGlu фосфор. Атомы фосфора традиционно более эффективны в флуоресценции. Универсальность молекулы обещает упростить масштабирование при коммерческом производстве таких соединений, что позволит быстрее внедрить открытие для выпуска передовых дисплеев, сенсоров и в биотехе.