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荧光分子开关用于全光晶体管和超分辨成像

导读: 有机分子光开关由于其独特的光致变色效应而被广泛应用于变色眼镜、光学信息存储等相关领域。

  有机分子光开关由于其独特的光致变色效应而被广泛应用于变色眼镜、光学信息存储等相关领域。尽管如此,对分子光开关的研究还仍处于研究的初级阶段,其研究的广度和深度有待加强,特别是在多学科的整合方面仍显不足,从分子设计到实际应用还有很长的距离。

  武汉光电国家实验室有机光电子学团队的朱明强教授课题组长期从事荧光分子开关的研究。近年来,该课题组分别以螺吡喃、二芳烯和联咪唑三类分子开关为母体,构建了一系列荧光分子开关库。通过物理化学性能筛选出大量适用于不同用途的荧光分子开关。最近该课题组以螺吡喃聚合物构建了全光晶体管,并且采用同一聚合物自组装形成纳米颗粒,成功用于超分辨荧光成像。

  该课题组早期研究表明,螺吡喃聚合物具有良好的可见光透过性和较强的紫外诱导发光。螺吡喃聚合物对可见波长区的入射光完全透过,不过在紫外波长调制光存在下,聚合物吸收峰值位于580纳米的入射光,同时将入射的可见光或紫外光调制成发射波长为650纳米的出射光。因此,采用螺吡喃聚合物形成薄膜,在低于400纳米波长调制光的存在下,可实现对可见光区入射光的传输和波长转换。而在可见光的照射下该聚合物又退色,容许可见光完全透过。这一全光调制的可见频谱晶体管为新型全光晶体管打开了一扇门。不过由于该研究仅提供概念性演示,其实际价值还有待检验。

  该组采用同一种聚合物自组装纳米颗粒后,发现这种水溶性纳米颗粒具有很强的光开关荧光。通过细胞转染,可以实现对活细胞的超分辨荧光成像,使细胞光学成像的分辨率下探至50纳米。这是螺吡喃分子开关首次用于细胞成像并达到最高分辨率的报道。

  研究表明,这种有机荧光开关聚合物在不同聚集态和不同介质中的不同荧光开关性质,特别适合于设计适应于不同应用领域的荧光开关材料,不仅可用于全光开关器件和超分辨荧光成像,还可以应用在荧光防伪、光学信息存储等技术领域。目前该课题组正在筛选荧光分子开关,针对生物光子学和信息技术等不同领域的需求发展性能优异的荧光分子开关。

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