2019-06-03 19:15:01
研究人员开发出一种快速全可见光分子开关 具有100nm波段分离

包括格罗宁根大学在内的一些机构合作开发了一种全新的分子光电开关,满足了以前认为无法获得的许多要求。结果已于6月3日在Nature Communications上发表。

分子光开关具有特别的研究意义,因为它们包括非侵入性和局部化的手段,用于在需要的时间和地点激活药物。存在这样的开关,但是它们远非理想,因为它们需要有害的紫外线用于它们的操作,从临床的观点来看这是一种显示阻止。

此外,它们不能仅从一种状态切换到另一种状态,并且通常在人体的生理条件下不起作用。吸收带描述了切换所需的光波长。当“开”和“关”状态的吸收带重叠时,两种状态之间的切换需要相同波长的光,这是非常无效的。但是,如果吸收带很好地分开,那么在“开”之间切换并且可以利用不同波长的光以高特异性和高效率完成“关闭”状态。因此非常需要满足这些要求的分子开关,但直到现在,还没有人能够提出合适的设计。

硫代靛蓝和偶氮苯是两种化学基序,广泛用于分子开关,尽管它们具有前面提到的缺点。格罗宁根大学医学中心的Wiktor Szymanski博士意识到,这两者的融合也应该能够起到光开关的作用,与杂交相比,与其“父母”相比,很可能具有改善的特性。

“然而,最初的结果非常令人失望,”博士Mark Hoorens说。 UMCG的学生,他合成了亚氨基硫吲哚(ITI)化合物并试图改变它。 “当我们照射它时,我们没有看到吸收光谱发生任何变化,似乎没有发生任何变化。因此,我们对这种化合物失去了兴趣并继续进行其他研究。”

在格罗宁根举办的2017年光化学国际研讨会上,该小组与阿姆斯特丹大学分子光子学组的科学家讨论了他们的研究结果。基于该讨论,研究人员得出结论,使用阿姆斯特丹大学的设施重复辐照实验可能是值得的,这些设施具有更好的时间分辨率。新实验产生了令人惊讶的结果。

“起初,我们不相信自己的眼睛,”Mark Hoorens(UvA)说。 “我们看到一个完全分离的吸收带出现在ITI的稳态吸收带的红色100nm处,寿命约为10到20毫秒,并且在第一种情况下,甚至怀疑我们正在研究样品中的污染“。其中一个“父母”在紫外区吸收并有条带分离,而另一个母体在可见光区域吸收,但没有良好的条带分离。

新开关兼具两者的优点。以前从未在照片开关中观察到这些特性。后续实验证实,ITI确实是科学家们正在寻找的可见光开关。在欧洲非线性光谱学实验室Mariangela Di Donato博士的实验室进行的毫微微秒和皮秒时间尺度的实验允许进行进一步的机械研究。玛丽安格拉说:“从这些研究中可以看出,ITI开启了几百飞秒的超快时间尺度,类似于当光线落在眼睛上时,我们眼睛中的视觉色素的切换速度。”

量子计算

最终的确认是由AdèleLaurent博士(南特大学)和Miroslav Medved博士(奥洛穆茨的Palacky大学)进行的量子化学计算提供的。这些计算预测了两种光异构体的吸收最大值,这两种光异构体与实验观察到的非常相似,但也是一种屏障,可以切换回适合观察寿命的原始形式。 “首先,我们对这种巨大的100 nm波段分离感到非常困惑,”Laurent说,“但我们的计算现在为此提供了合理的解释。更好的是它们允许我们预测如何修改ITI以满足其用户的特定要求。“

Mark Hoorens现已合成了几个在阿姆斯特丹,佛罗伦萨,南特和奥洛穆茨进一步发展的品种。从这些研究中可以清楚地看出,ITI是一种令人难以置信的多功能开关,可以在各种实验条件下操作,包括重要的实验条件,以及相对容易调节的特性。

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