Forskere udvikler blå-fluorescerende molekylære nanokapsler

Michito Yoshizawa, Zhiou Li, og samarbejdspartnere ved Tokyo Institute of Technology syntetiserede ~1 nanometer-størrelse molekylære kapsler med et isoleret hulrum ved hjælp af grønne og billige zink- og kobberioner. I skarp kontrast til tidligere molekylære kapsler og bure sammensat af ædle metalioner som palladium og platin, disse nanokapsler udsender blå fluorescens med 80 % effektivitet.

Molekylære nanokapsler har potentielle anvendelser som fotofunktionelle forbindelser og materialer, men indtil videre udviser molekylære kapsler syntetiseret ved at inkorporere palladiumioner og så videre dårlig fluorescens.

Tokyo Tech-forskerne forventer at være i stand til at fremstille flerfarvede fluorescenskompositter ved simpel indsættelse af passende fluorescerende molekyler i nanokapslernes isolerede hulrum.

Fluorescens har udbredte anvendelser, hjælpe forskere med at forstå problemstillinger inden for de grundlæggende videnskaber og udvikle praktiske materialer og enheder. Blandt de nyttige fluorescerende forbindelser under udvikling, kapselformede molekylære arkitekturer, som har både stærke fluorescerende egenskaber og et hulrum på nanometerstørrelse, er særligt lovende.

Molekylære bure og kapsler kan fremstilles gennem en simpel syntetisk proces kaldet koordinativ selvsamling. Imidlertid, de fleste af dem er sammensat af ædelmetalioner såsom palladium og platin, og er ikke-emitterende på grund af slukning fra tungmetallerne.

Nu, Michito Yoshizawa, Zhiou Li, og medarbejdere fra Chemical Resources Laboratory ved Tokyo Institute of Technology rapporterer om nye molekylære nanokapsler med M2L4-sammensætningen (hvor M repræsenterer zink, kobber, platin, palladium, nikkel, kobolt, og mangan). Deres zink- og kobberkapsler, i særdeleshed, vise unikke fluorescerende egenskaber.

M2L4-kapslerne samles selv af to metalioner og fire bøjede ligander, der inkluderer anthracenfluoroforer (fluorescerende dele). Røntgenkrystallografisk analyse verificerede de lukkede skalstrukturer, hvor de store indre hulrum i kapslerne, omkring en nanometer i diameter, er afskærmet af otte antracenpaneler.

Zinkkapslen udsendte stærk blå fluorescens med et højt kvanteudbytte (80 %), i skarp kontrast til de svagt emissive nikkel- og mangankapsler og det ikke-emissive palladium, platin, og koboltkapsler. Kobberkapslens fluorescens, på den anden side, afhænger af opløsningsmidlet; for eksempel, den viser blå emission i dimethylsulfoxid, men ingen emission i acetonitril.

Denne undersøgelse er den første, der viser sådanne emissive egenskaber af molekylære kapsler, der bærer et isoleret stort hulrum. Forskerne mener, at deres nanokapsler kan have nye anvendelser i enheder som kemosensorer, biologiske sonder, og lysdioder.