Флуоресценція молекулярних композитів, що складаються з нематичного рідкого кристалу і мероціанінів

  • M. B. Malynovskyi Інститут фізики НАН України, просп. Науки, 46, Київ, 03028, Україна https://orcid.org/0000-0001-7309-6750
  • M. M. Sevryukova Інститут фізики НАН України, просп. Науки, 46, Київ, 03028, Україна https://orcid.org/0000-0002-4387-8345
  • Yu. P. Piryatinski Інститут фізики НАН України, просп. Науки, 46, Київ, 03028, Україна https://orcid.org/0000-0001-7225-8084
Ключові слова: фотолюмінесценція, 4-пентил-4'-цианобифенил (5CB), D-π-A молекулярні комплекси, мероціанінові барвники

Анотація

Актуальність. Розглянуті молекули мероціаніну мають донорні та акцепторні групи з'єднані полімерним  ланцюгом. Спряжені донорна D та акцепторна A частини мероціанінових молекул є планарними в основному стані. D-π-A молекулярні комплекси можуть змінювати свою конформацію в збудженому стані завдяки цис-транс-конформаційним переходам. В’язкість впливає на зміну конформації, а також на загасання фотолюмінесценції (ФЛ) та її час життя. Через це ФЛ мероціанінових молекул як в основному, так і в збудженому стані сильно залежить від середовища. Нематичний рідкий кристал був використаний як розчинник для молекул мероціаніну, оскільки він орієнтує молекули мероціаніну вздовж своєї осі та чутливий до зовнішнього електромагнітного поля. D-π-A молекулярні комплекси є перспективними для молекулярної електроніки (прилади для запису та обробки інформації), оптоелектроніки (лазерні технології), а також для біологічних досліджень (спектральні зонди на зразок відомого тіофлавіну Т) оскільки ФЛ цих молекул суттєво залежить від природи середовища.

Мета роботи. Основна мета даної роботи — дослідити та пояснити вплив рідкокристалічного середовища на розглянуті молекули. А саме: як середовище впливає на конформаційні зміни молекул та на їх спектральні властивості.

Матеріали та методи. Досліджено два типи молекул мероціаніну — М-1 та М-2. Порівнювалися спектральні властивості згаданих молекул в різних органічних розчинниках, таких як ацетонітрил, толуол, гліцерин та рідкий кристал 4-пентил-4'-ціанобіфеніл (5ЦБ). Для дослідження конформаційних змін молекул використовувались стаціонарні та часороздільні спектри випромінювання молекулярних розчинів мероціаніну. Для визначення часу життя молекулярних збуджених станів була використана методика часоскорельованого підрахунку поодиноких фотонів з пікосекундною роздільною здатністю у часі.

Результати. Результати показують, що оптичні властивості сильно залежать від конформації спряження донор-π-акцепторних сполук. У більш в’язких розчинниках збільшуються квантовий вихід і час життя ФЛ. Рідкокристалічне середовище змінює конформацію мероціанінових молекул як в основному, так і в збудженому станах.

Висновки. Аналіз результатів є підгрунтям для побудови теорії, яка пояснює властивості молекулярних D-π-A сполук після оптичного збудження. Молекули мероціаніну та рідкого кристалу утворюють молекулярні пари. Рідкокристалічна молекула визначає конформацію молекули мероціаніну в парі. Більше того, обидва типи мероціанінових молекул у рідкому кристалі мають однакову конформацію. Це припущення пояснює подібність оптичних властивостей молекул М-1 та М-2 у рідкому кристалі.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Sevryukova MM, Piryatinski YuP, Vasylyuk SV, Yashchuk VM, Viniychuk OO, Gerasov AO, et al. Cyanine-like and polyenic relaxation paths of merocyanine derivatives of malonodinitrile in the excited state detecting by low temperature time-resolved fluorescence. Ukr J Phys. 2012;57(8):812–23.

Maskevich AA, Stsiapura VI, Kuzmitsky VA, Kuznetsova IM, Povarova OI, Uversky VN, et al. Spectral properties of thioflavin T in solvents with different dielectric properties and in a fibril-incorporated form. J Proteome Res. 2007;6(4):1392–401. https://doi.org/10.1021/pr0605567

Stsiapura VI, Maskevich AA, Kuzmitsky VA, Turoverov KK, Kuznetsova IM. Computational study of thioflavin T torsional relaxation in the excited state. J Phys Chem A. 2007;111(22):4829–35. https://doi.org/10.1021/jp070590o

Lisetski LN, Zavora LN, Kasian NA, Vashchenko OV, Panikarskaya VD. Cholesteric liquid crystals doped with molecules of organic scintillator materials. Mol Cryst Liq Cryst. 2009;510(1):106–15. https://doi.org/10.1080/15421400903058692

Piryatinski YuP, Sevryukova MM. Optical properties of π-conjugated donor-acceptor systems with controlled hyperpolarizability. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2008;11(3):292–302.

Lemke R. Solvatochromie von 80 mμ in verschiedenen Alkoholen bei Arylidenisophoron-Abkömmlingen [80 mμ-Solvatochromy of Arylidenisophoron Derivatives in Different Alcohols]. Chemische Berichte. 1970;103(6):1894–9. [In German]. https://doi.org/10.1002/cber.19701030628

Lemke R. Knoevenagel-Kondensationen in Dimethylformamid [Knoevenagel condensations in dimethylformamide]. Synthesis. 1974;1974(5):359–61. [In German]. https://doi.org/10.1055/s-1974-23322

Sevryukova M, Piryatinski YuP. Dynamics of transfer of electron excitation in a donor-acceptor system with a carbon chain and ways of its relaxation. Semiconductor Physics Quantum Electronics and Optoelectronics. 2017 Jul;20(4):406–17. https://doi.org/10.15407/spqeo20.04.406

Fabian J, Zahradnic R. MO-LCAO calculations on polymethines. 6. PPP calculations on the vinylene shift of symmetric dyes. Wiss Z Tech Univ (Dresden). 1977;26:315–23.

Lutsyk P, Piryatinski Y, Kachkovsky O, Verbitsky A, Rozhin A. Unsymmetrical relaxation paths of the excited states in cyanine dyes detected by time-resolved fluorescence: polymethinic and polyenic forms. J Phys Chem A. 2017;121(43):8236–46. https://doi.org/10.1021/acs.jpca.7b08680

David C, Baeyens-Volant D. Absorption and fluorescence spectra of 4-cyanobiphenyl and 4-alkyl- or 4-alkoxy-substituted liquid crystalline derivatives. Mol Cryst Liq Cryst. 1980;59(3–4):181–96. https://doi.org/10.1080/00268948008071422

Piryatinskiĭ YP, Yaroshchuk OV. Photoluminescence of pentyl-cyanobiphenyl in liquid-crystal and solid-crystal states. Optics and Spectroscopy. 2000;89(6):860–6. https://doi.org/10.1134/1.1335034

Petrov VF, Grebenkin MF, Ostrovskij BIC. Issledovanie struktury nematicheskoj fazy cyanoproizvodnykh piridina metodom rasseyaniya renthenovskih luchey [Study of the structure of the nematic phase of cyanide pyridine by X-ray scattering]. Kristallografiya. 1988;33(5):1194–201.

Piryatinskiĭ YP, Yaroshchuk OV. Orientation of pentyl-cyanobiphenyl layers and variations in their luminescence spectra under UV irradiation. Optics and Spectroscopy. 2002;92(4):517–23. https://doi.org/10.1134/1.1473590

Опубліковано
2020-06-28
Цитовано
0 статей
Як цитувати
Malynovskyi, M., Sevryukova, M., & Piryatinski, Y. (2020). Флуоресценція молекулярних композитів, що складаються з нематичного рідкого кристалу і мероціанінів. Біофізичний вісник, (43), 45-56. Retrieved із https://periodicals.karazin.ua/biophysvisnyk/article/view/14802
Розділ
Матеріали для біомедичного застосування