DOI: https://doi.org/10.1038/s42004-025-01465-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40119114
تاريخ النشر: 2025-03-21
المؤلف: Kaiwen Wu وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد المتلألئة والفوسفورية
نظرة عامة
تناقش هذه القسم التقدمات والتطبيقات المحتملة للفوسفوريسنس العضوي في درجة حرارة الغرفة (RTP) في مجالات متنوعة مثل التصوير الطبي، واستشعار المواد الكيميائية، ومكافحة التزوير، والتشفير. يتم التأكيد على تطوير أنظمة جمع الضوء الاصطناعية التي تستخدم نقل الطاقة من نوع الفوسفوريسنس (ET) من حالات الإثارة الثلاثية لمصدري RTP العضويين، مستلهمة من عملية التمثيل الضوئي الطبيعية.
يوفر الاستعراض نظرة شاملة على الآليات الأساسية لعمليات نقل الطاقة من نوع الفوسفوريسنس، بما في ذلك نقل الطاقة من الثلاثي إلى الأحادي في خطوة واحدة، ونقل الطاقة من الثلاثي إلى الأحادي إلى الأحادي بشكل تدريجي، ونقل الطاقة من الثلاثي إلى الثلاثي. يسلط الضوء على التقدم الكبير في تصميم وتعديل وتطبيق هذه الأنظمة، بينما يتناول أيضًا آفاق التطبيقات المستقبلية والتحديات التي تواجه هذا المجال.
نقاش
تناقش هذه القسم التقدمات والتحديات في تطوير المواد الفوسفورية العضوية في درجة حرارة الغرفة (RTP) ذات اللمعان المستمر وخصائص اللمعان القابلة للتعديل، وخاصة من خلال بناء أنظمة نقل الطاقة الرنانة من حالة الثلاثي (TS-FRET). أظهر العمل الرائد الذي قام به راينك وآخرون في عام 2019 إمكانية TS-FRET في تحقيق فترات فلورية مطولة بشكل ملحوظ. ومع ذلك، يتطلب تحقيق TS-FRET الفعال اعتبارًا دقيقًا لمطابقة مستويات الطاقة بين المانحين والمستقبلين، وتوزيعها لمنع التجميع، وتفاعلات ثنائية القطب المواتية. تم تصنيف مواد اللمعان العضوية المختلفة إلى أربعة أنواع بناءً على خصائصها، بما في ذلك المواد القابلة لتعديل اللون والمواد ذات النطاق الضيق، والتي لها تطبيقات واعدة في مكافحة التزوير، والشاشات، والتصوير الحيوي.
يسلط النقاش الضوء على أمثلة محددة من أنظمة TS-FRET التي تم تطويرها لتعزيز قابلية تعديل اللون والاستجابة للمؤثرات الخارجية. على سبيل المثال، استخدم جورج وآخرون ملح التتراكربوكسيليت الكورونين كمانح للطاقة الثلاثية في مصفوفة بولي فينيل الكحول، محققين لمعانًا أصفر مخضر مع عمر طويل جدًا. أفادت دراسات أخرى بتطوير ناجح للبوليمرات والمركبات البوليمرية القابلة للذوبان في الماء التي تظهر لمعانًا متعدد الألوان ويمكن استخدامها في تشفير المعلومات. بالإضافة إلى ذلك، تؤكد هذه القسم على أهمية TS-FRET في إنشاء مواد اللمعان العضوية ذات النطاق الضيق، والتي تعتبر ضرورية للتطبيقات التي تتطلب نقاءً عاليًا في اللون، مثل الشاشات والتصوير الحيوي. يتم أيضًا استكشاف إمكانية أنظمة TS-FRET في تحقيق لمعان قريب من الأشعة تحت الحمراء (NIR) للتصوير الطبي، مما يبرز مزاياها في تقليل الفلورية الخلفية وتعزيز عمق التصوير. بشكل عام، تؤكد هذه القسم على تعددية استخدامات أنظمة TS-FRET في تعزيز مواد اللمعان العضوية لمختلف التطبيقات التكنولوجية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s42004-025-01465-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40119114
Publication Date: 2025-03-21
Author(s): Kaiwen Wu et al.
Primary Topic: Luminescence and Fluorescent Materials
Overview
This section discusses the advancements and potential applications of organic room-temperature phosphorescence (RTP) in various fields such as biomedical imaging, chemical sensing, anti-counterfeiting, and encryption. The development of artificial light-harvesting systems that utilize phosphorescence-type energy transfer (ET) from triplet excited states of organic RTP emitters is emphasized, drawing inspiration from natural photosynthesis.
The review provides a comprehensive overview of the fundamental mechanisms of phosphorescence-type ET processes, including one-step triplet-to-singlet ET, stepwise triplet-to-singlet-to-singlet ET, and triplet-to-triplet ET. It highlights significant progress in the design, modulation, and application of these systems, while also addressing future application prospects and the challenges that lie ahead in the field.
Discussion
The section discusses the advancements and challenges in developing organic room-temperature phosphorescent (RTP) materials with long-lasting afterglow and tunable luminescence properties, particularly through the construction of triplet-state Förster resonance energy transfer (TS-FRET) systems. The pioneering work by Reineke et al. in 2019 demonstrated the potential of TS-FRET in achieving significantly prolonged fluorescence lifetimes. However, achieving efficient TS-FRET requires careful consideration of energy level matching between donors and acceptors, their dispersion to prevent aggregation, and favorable dipole-dipole interactions. Various organic afterglow materials have been categorized into four types based on their properties, including color-tunable and narrowband materials, which have promising applications in anti-counterfeiting, displays, and bioimaging.
The discussion highlights specific examples of TS-FRET systems that have been developed to enhance color-tunability and responsiveness to external stimuli. For instance, George et al. utilized coronene tetracarboxylate salt as a triplet energy donor in a polyvinyl alcohol matrix, achieving a greenish-yellow afterglow with an ultralong lifetime. Other studies reported the successful development of water-soluble polymers and copolymers that exhibit multicolor afterglows and can be used for information encryption. Additionally, the section emphasizes the significance of TS-FRET in creating narrowband organic afterglow materials, which are essential for applications requiring high color purity, such as displays and bioimaging. The potential of TS-FRET systems in achieving near-infrared (NIR) afterglow for biomedical imaging is also explored, showcasing their advantages in reducing background fluorescence and enhancing imaging depth. Overall, the section underscores the versatility and applicability of TS-FRET systems in advancing organic afterglow materials for various technological applications.