Smarta material som snabbt kan reagera på yttre stimuli har en enorm potential för tillämpningar inom anti-förfalskning och kryptering, datalagring, sensorer, bioavbildning och så vidare. De flesta stimuluskänsliga system är dock designade baserat på kontrollerad fluorescensemission (emissionsfärg och intensitet).
På grund av de tidsupplösta egenskaperna hos fosforescensemission kan material som har stimuli-responsiv rumstemperatur-fosforescens (RTP) också uppvisa en förändring i emissionslivslängd och därmed ett svar på den tidsmässiga dimensionen.
Därför tros stimuli-känsliga RTP-material ha större värde i praktiska tillämpningar. Ändå finns det fortfarande svårigheter med att utveckla stimuli-känsliga RTP-material, särskilt de som är baserade på enkomponents rena organiska föreningar, eftersom det är komplicerat att kontrollera stimulans-respons och triplet-state-emission synkront.
För detta ändamål avslutade Dr Ju Mei och Prof. Da-Hui Qu från School of Chemistry and Molecular Engineering vid East China University of Science and Technology en ny studie. Zhichao Pan, doktor Ju Meis magisterexamen, utförde huvudsakligen syntes, karakterisering, teoretiska beräkningar och tillämpningsutforskning av raloxifenanalogerna.
Mei och Qu arbetade tillsammans i jakten på nya, effektiva stimuli-känsliga fosforer baserade på enkomponents organiska ämnen. De vände siktet mot raloxifen, som är både en fenyltiofenförening och ett nyligen utarbetat icke-hormonläkemedel mot benresorption.
Det tillhör också den andra generationen av selektiva östrogenreceptormodulatorer och har också en hypolipidemisk effekt. Ändå har dess fotofysiska egenskaper sällan rapporterats. Med en detaljerad undersökning av strukturen och fotofysikaliska egenskaperna hos raloxifen, genomförde de en utarbetad molekylär design och lyckades realisera stimuli-responsiv RTP i de molekylära kristallerna av de resulterande raloxifenanalogerna.
Kristallerna av dessa utvecklade raloxifenanaloger visar distinkta dubbelemissionsegenskaper med både blå fluorescens och orange fosforescens. Intressant nog med substituenten på bensoylgruppen som varierar från ‒CH3 till ‒CN ökar kvantutbytet för den orange RTP:n från RALO-CH3 hela vägen till RALO-CN.
Genom att kombinera kristallografianalysen och teoretiska beräkningar, visas det att den täta antiparallella molekylära packningen i kristallen är den avgörande punkten för deras RTP-beteende. När substituenterna är elektronbortdragande är det mer gynnsamt för de resulterande föreningarna att bilda tät packning, vilket på så sätt uppnår högre RTP-kvantutbyten och längre fosforescenslivslängd.
Det är värt att notera att de framgångsrikt har erhållit en annan kristallform av RALO-OAc, nämligen RALO-OAc*. RALO-OAc*-kristallen visar en helt annan form och packningsläge än RALO-OAc-kristallen. RALO-OAc*-kristall uppvisar övervägande en fluorescerande luminescens, med RTP-livslängden och kvantutbyten lägre än för RALO-OAc.
Dessa resultat bekräftar ytterligare den viktiga inverkan av packningssätten på fosforescens i rumstemperatur. Dessutom, genom att dra fördel av den polymorfa övergången mellan RALO-OAc och RALO-OAc*, konstrueras en enkomponents multilevel stimuli-responsiv plattform med inställbar emissionsfärg, som kan reagera på mekanisk kraft, lösningsmedelsånga och värme.
Genom att använda RALO-OAc-kristallernas multi-stimuli-respons, utforskar författarna ytterligare deras applikationspotential inom avancerad informationskryptering.
Ett sådant arbete kommer att hjälpa till att förstå den inneboende RTP-mekanismen hos organiska småmolekylära kristaller, och att utveckla smarta enkomponents organiska RTP-material samt att utforska effektiva RTP-avsändare baserade på kända läkemedel. Dessutom, i ljuset av den terapeutiska effekten av raloxifen, lägger det också en viss grund för forskning som utforskar användningen av raloxifenanaloger som in vivo efterglödskontrastmedel och kemoterapeutiska läkemedel i framtiden.
Uppsatsen är publicerad i tidskriften Science Bulletin .
Mer information: Zhichao Pan et al, Skräddarsy raloxifen till enkomponents molekylära kristaller som har flernivåstimuli-reagerande fosforescens vid rumstemperatur, Science Bulletin (2024). DOI:10.1016/j.scib.2024.02.029
Tillhandahålls av Science China Press
