Группа учёных из Московского государственного университета тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова, Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, Института проблем химической физики РАН, взяв за основу фотохромный лиганд и селенид кадмия, синтезировала композит, свойства которого можно изменять путём облучения его светом определённой длины волны. Полученный гибридный материал можно использовать в фотоуправляемых «умных» устройствах.

Целенаправленное изменение свойств фотохромных веществ с помощью светового воздействия – чрезвычайно популярное направление исследований. Как правило, успешные результаты таких работ ложатся в основу прототипов так называемых умных устройств (smart-devices): молекулярных оптических переключателей, фотоуправляемых логических модулей, сенсорных устройств для детекции ионов. Они находят применение в биоинформатике, наномедицине и других отраслях прикладной науки и техники. Чтобы придать этим разработкам более совершенную форму, необходимы дальнейшие исследования и эксперименты по управлению характеристиками материалов.

В последнем номере журнала «Российские нанотехнологии» вышла статья, посвящённая результатам работ по данной теме группы исследователей из трёх российских организаций науки и образования – Московского государственного университета тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова, Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, Института проблем химической физики РАН. Учёные синтезировали фотоуправляемый композит, взяв за основу органический материал – фотохромный лиганд и неорганический – наночастицы соли кадмия.

Авторам исследования удалось добиться того, чтобы молекулы лиганда могли закрепляться на поверхности наночастиц селенида кадмия, образуя, таким образом, композитное соединение.

Для какой же цели учёные совместили в одном материале органические молекулы и неорганическую соль? Суть в следующем.

Неорганическим нанокристаллам селенида кадмия (учёные называют их еще квантовыми точками) присуще такое свойство, как управляемая флуоресценция. Флуоресценция – это способность некоторых атомов и молекул сначала поглощать фотоны определённой энергии (длины волны), а затем излучать фотоны меньшей энергии (более длинной волны). Таким эффектом, например, обладают флуоресцентные краски. Они способны поглощать невидимое глазу ультрафиолетовое излучение солнечного спектра и испускать волны уже в видимой области. За счёт этого их цвет очень насыщен. С эффектом флуоресценции знакомы посетители ночных клубов, которые могут наблюдать, как светится тоник в лучах ультрафиолета.

Флуоресцентные свойства квантовых точек селенида кадмия выгодно отличаются от таковых для органических флуоресцентных молекул, а именно последние широко используются в биологии и медицине. Например, длина волны, которую будут испускать квантовые точки, зависит от размера этих наночастиц. Меняя размер наночастиц, можно задавать область спектра, в которой они будут излучать. Эти и некоторые другие свойства позволяют получать системы для визуализации единичных молекул с хорошей чувствительностью и яркостью изображения, что делает перспективным применение неорганических квантовых точек в наносенсорике.

В данной работе учёные использовали частицы селенида кадмия диаметром в 3,7 нм. Наночастицы такого размера характеризуются спектром поглощения в видимой области с максимумом при 585 нм.

Фотохромный лиганд же способен под действием света менять свою конфигурацию, и за счёт этого изменять величину и спектр флуоресценции квантовых точек селенида кадмия. В исходном композите наблюдается интенсивная флуоресценция квантовых точек при 598 нм. При облучении коротковолновым светом лиганд меняет свою конфигурацию, и композит флуоресцирует при 670 нм. Если композит поместить на некоторое время в темноту или облучить видимым светом, то молекула лиганда вернётся в первоначальное состояние, а композит – к исходной флуоресценции.

Таким образом, авторскому коллективу удалось получить композит, свойства которого можно направленно менять путём его облучения светом определённой длины волны. Причём это изменение обратимо, и композит можно легко вернуть в первоначальное состояние. Получается своего рода оптический переключатель. Полученные результаты открывают хорошую перспективу для использования систем подобного типа при создании прототипов фотоуправляемых smart-устройств.

Работа поддержана РФФИ (гранты № 09-03-00565а, 09-04-01003а), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы (государственный контракт № 16.740.11.0177), грантом Президента РФ по поддержке исследований молодых кандидатов наук № МК-6877.2012.4.

Источник информации: Звездин К.В., Беликов Н.Е., Лаптев А.В., Лукин А.Ю., Демина О.В. и др. Новые гибридные фотохромные материалы c переключаемой флуоресценцией. «Российские нанотехнологии», № 5–6.

Шабельский Алексей