Molekularny transformator o dwóch obliczach
Zespół z Uniwersytetu Kiusiu opracował cząsteczkę o nazwie CzTRZCN, która inteligentnie dostosowuje swoją formę do zadania. Podczas absorpcji światła przyjmuje płaską konfigurację, pozwalającą na jednoczesne pochłanianie dwóch fotonów. Jest to klucz do głębokiej penetracji tkanek. Po wzbudzeniu przekształca się w strukturę skręconą, co umożliwia wydajną emisję światła niezbędną w technologii OLED.
Uznając, że te dwie funkcje mają komplementarne zalety, ale sprzeczne wymagania molekularne, byłem zmotywowany do zaprojektowania materiału, który mógłby zharmonizować obie — wyjaśnia autor badań, Youhei Chitose
Czytaj też: 17-latka obala matematyczną hipotezę sprzed 40 lat. Hannah Cairo robi furorę w świecie nauki
Członkowie zespołu badawczego zawdzięczają sukces precyzyjnemu połączeniu trzech elementów: bogatego w elektrony karbazolu (Cz), ubogiego w elektrony rdzenia triazynowego (TRZ) oraz grup cyjanowych (CN). Te ostatnie działają jak molekularne magnesy, sterując przepływem elektronów. W testach wydajnościowych zaprojektowana cząsteczka osiągnęła w diodach OLED zewnętrzną wydajność kwantową na poziomie 13,5%. To oznacza, że ponad jedna na dziesięć molekuł generuje użyteczne światło. Jest to wynik lepszy niż osiągane przez większość materiałów TADF opartych na triazynie. Warto jednak zauważyć, że wciąż nie dorównuje najlepszym specjalistycznym materiałom OLED. Z punktu widzenia medycyny kluczowa okazała się absorpcja dwufotonowa. Pozwala ona na używanie laserów bliskiej podczerwieni zamiast światła o wysokiej energii, które może uszkadzać tkanki. Niższa energia fotonów oznacza głębszą penetrację organizmu przy mniejszym rozpraszaniu, otwierając drogę do obrazowania dotąd niedostępnych struktur.
Ważna biokompatybilność i perspektywy na przyszłość
Organiczna, pozbawiona metali struktura CzTRZCN to istotna przewaga w zastosowaniach medycznych. W przeciwieństwie do wielu konwencjonalnych fluoroforów zawierających metale ciężkie, nowy materiał wykazuje minimalną toksyczność i wysoką zgodność z organizmem. W związku z tym Chitose zauważa, że proponowana cząsteczka idealnie nadaje się do stosowania w sondach medycznych do precyzyjnej diagnostyki nowotworowej i neurologicznej, zwłaszcza poprzez mikroskopię fluorescencyjną z rozdzielczością czasową. Możliwości obejmują tworzenie precyzyjnych sond diagnostycznych zdolnych do lokalizacji guzów czy monitorowania aktywności neuronów w głębokich partiach mózgu.
Czytaj też: Najtwardszy materiał wszechświata już nie jest tajemnicą. Chińscy naukowcy dokonali niemożliwego
Szczegółowe ustalenia autorów badań w tej sprawie zostały zaprezentowane na łamach Advanced Materials. Autorzy tej publikacji mają przed sobą jeszcze sporo pracy, choć dotychczasowe postępy należy uznać za ważne. Zespół planuje teraz rozszerzyć zakres emitowanych długości fal oraz nawiązać współpracę z inżynierami biomedycznymi i producentami elektroniki. Potencjalne zastosowania obejmują obrazowanie in vivo, noszoną elektronikę oraz nową generację wyświetlaczy. Strategia molekularna Japończyków może posłużyć do tworzenia innych materiałów wielofunkcyjnych. Pytanie, czy równie spektakularne wyniki uda się osiągnąć poza kontrolowanymi warunkami laboratoryjnymi. CzTRZCN to fascynujący przykład, jak rozwiązanie podstawowego problemu naukowego może otworzyć drzwi do zupełnie nowych zastosowań technologicznych.