Иньинь Бао, руководитель группы профессора ETH Жана-Кристофа Леру, и его команда ученых обратились к флуоресцентным органическим полимерам для этой работы. Эти полимеры лучше всего рассматривать как движущиеся цепи различной длины. «Цепи 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. «Это взаимодействие конца цепи и флуорофора, которое отвечает за флуоресценцию этих полимеров», – говорит Бао: «Расстояние между двумя компонентами влияет на их взаимодействие и, следовательно, на цвет, который излучается."
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 остановить 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. Единственное различие – длина цепочки », – говорит Бао.
OLED-светодиоды с широким цветовым диапазоном
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 Science Advances. 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, в том числе красный.
Эти новые флуоресцентные полимеры нельзя использовать напрямую 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 их основные области применения в лабораторных диагностических процедурах с использованием флуоресценции, например, в ПЦР, а также в процедурах микроскопии и визуализации в клеточной биологии и медицине.
Другие потенциальные применения могут быть в качестве элементов безопасности на банкнотах и сертификатах или в паспортах.