Получены флюоресцирующие молекулярные нанокапсулы

Учёные из Токийского технологического института (Япония) синтезировали молекулярные капсулы размером около 1 нм с замкнутой внутренней полостью, используя недорогие и не самые токсичные ионы цинка и меди. В отличие от ранее созданных молекулярных нанокапсул с применением палладия и платины, новый продукт обладает синим флюоресцентным свечением с эффективностью 80%.

Структура молекулярных нанокапсул M₂2L₄ (здесь и далее иллюстрации Tokyo Institute of Technology).

Одна из потенциальных областей применения молекулярных нанокапсул — фотофункциональные вещества и материалы на их основе, однако до сих пор синтезируемые молекулярные капсулы, содержащие ионы, подобные палладию, имели слишком низкий выход флюоресценции (или не обладали им вовсе). Японцы надеются, что им удастся создать многоцветные флюоресцирующие композиты путём простого подбора подходящих светящихся молекул, заключённых внутри нанокапсул.

Флюоресценция широко применяется в науке, помогая разобраться во многих фундаментальных проблемах (особенно в биологии и медицине), а также разработать практически важные материалы и устройства. А среди флюоресцентных веществ, находящихся сейчас в разработке, капсулоподобные архитектуры с полостью нанометрового размера и сильной флюоресценцией считаются самыми многообещающими.

Молекулярные решётки и капсулы можно приготовить с помощью простого синтетического процесса, известного как «координационная самосборка на металле». Однако структуры большинства таких молекулярных продуктов содержат ионы драгоценных металлов, таких как палладий или платина (склонных к образованию координационных связей с пи-системами), и вообще не являются флюоресцирующими (именно из-за природы тяжёлого металла).

В данной же работе, подробный отчёт о которой представлен в Chemistry — A European Journal, токийские исследователи получили новые молекулярные нанокапсулы состава M₂2L₄, где М — ион одного из возможных двухвалентных металлов (цинк, медь, платина, палладий, никель, кобальт или марганец), а L — органический лиганд. Рентгеноструктурный анализ подтвердил указанную эмпирическую формулу: самособирающиеся капсулы составлены из двух ионов металла и четырёх «изогнутых» органических лигандов, содержащих встроенные структуры антраценовых флюорофоров. Кроме того, анализ показал наличие в капсуле большой закрытой полости, создаваемой восемью антраценовыми панелями.

Сольватохромизм «медных» капсул: эмиссионные характеристики зависят от природы используемого растворителя.

Капсулы, содержащие ионы цинка, демонстрируют высочайший уровень синей флюоресценции с эффективностью в 80%. В то время как капсулы, содержащие ионы меди, обладают свойством сольватохромизма, а их эмиссионные характеристики зависят от природы применяемого растворителя. Так, в растворе ДМСО в случае «медных» капсул также наблюдается синяя флюоресценция, которая полностью гаснет в растворе ацетонитрила.

Таким образом, впервые была показана возможность высокой эмиссионной способности молекулярных капсул, обладающих изолированной полостью. Учёные надеются, что их творение найдёт применение при создании таких устройств, как химические сенсоры, биологические зонды и светоизлучающие диоды.

Подготовлено по материалам Токийского технологического института.