Флуоресцентные кристаллы красителя бореnium излучают свет в красной и ближней инфракрасной части электромагнитного спектра.
Верхние изображения сделаны при обычном освещении, нижние — в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне. Масштабная линейка — 1000 микрометров. Источник: MIT.
Новый вид флуоресцентного красителя
Новый вид флуоресцентного красителя, который реагирует на изменения температуры, испуская свет разного цвета, может использоваться в качестве «молекулярных термометров» для мониторинга воздействия экстремальных температур на чувствительные вещества, такие как лекарства или вакцины, во время транспортировки.
Краситель, излучающий свет в диапазоне от красного до ближнего инфракрасного, может быть включён в состав тонких плёнок и использован в качестве органических светодиодов (OLED) в гибких экранах или инкапсулирован в полимеры и введён в организм для использования в биомедицинской визуализации.
«Одна из причин, по которой мы фокусируемся на красном и ближнем инфракрасном диапазонах, заключается в том, что такие красители проникают в тело и ткани гораздо лучше, чем свет в УФ- и видимом диапазонах», — говорит Роберт Гиллиард, профессор химии в Массачусетском технологическом институте (MIT) в США.
Красные и ближнеинфракрасные флуоресцентные красители могут давать более чёткие изображения опухолей и других структур глубоко в тканях.
Положительно заряженные ионы, называемые катионами борения, которые содержат атом бора, присоединённый к трём другим атомам или лигандам (молекулам или ионам), излучают свет в этом диапазоне.
Однако большинство из них быстро разрушаются при воздействии воздуха или света. Они также относительно тусклые, с квантовым выходом — отношением испускаемых флуоресцентных фотонов к поглощённому фотону света — всего около 1%.
«Стабильность и яркость этих красных красителей — вот задачи, которые мы пытались решить в этом исследовании», — говорит Гиллиард.
В статье 2022 года Гиллиард и его соавторы стабилизировали катионы борения с помощью лигандов, называемых карбодикарбенами (CDC), что сделало их достаточно стабильными для работы на открытом воздухе.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Chemistry, команда Гиллиарда экспериментировала с изменением «противоиона» иона борения для дальнейшего изменения свойств красителя.
Противоион — это отрицательно заряженный ион, который сопровождает ион борения, чтобы сделать вещество в целом электрически нейтральным.
Например, в поваренной соли (NaCl) положительно заряженный ион натрия является противоионом для отрицательно заряженного иона хлорида и наоборот.
Команда обнаружила, что изменение противоионов сместило свойства излучения и поглощения красителя в сторону инфракрасного конца спектра. Это также привело к повышению квантового выхода.
«Мы не только находимся в нужном диапазоне, но и эффективность молекул также очень высока», — говорит Гиллиард.
«Мы достигли квантового выхода в 30% в красном диапазоне, что считается высоким для этого участка электромагнитного спектра».
Команда показала, что краситель может быть превращён в кристаллы, плёнки, порошки и коллоидные суспензии в жидкости, что предполагает его использование в различных приложениях. Сейчас они работают над тем, чтобы продлить излучение света в ближнюю инфракрасную область за счёт включения большего количества атомов бора.