Metallacages die zijn vervaardigd via coördinatiegestuurde zelfassemblage hebben veel aandacht gekregen vanwege hun driedimensionale lay-out en holte-kernkarakter. De constructie van lichtemitterende materialen die metallacages als platform gebruiken, heeft ook veel belangstelling gekregen vanwege hun goede modulariteit in fotofysische eigenschappen, die opkomende toepassingen brengen op gebieden die zo divers zijn als detectie, biologie, en katalyse.

Echter, de luminescentie-efficiëntie van conventionele luminoforen neemt aanzienlijk af in de geaggregeerde toestand omdat ze ongunstige door aggregatie veroorzaakte uitdoving (ACQ) tegenkomen. Daarom, het is een hele uitdaging om lichtemitterende metallacages te fabriceren met een hoge luminescentie-efficiëntie in verschillende fysische toestanden.

In 2001, een groep ontdekte aggregatie-geïnduceerde emissie (AIE) fenomeen dat sommige niet-lichtgevende of zwak-emitterende materialen in de moleculaire toestand zeer emissief zijn in de geaggregeerde staat. Het onderliggende mechanisme dat het AIE-effect verklaart, werd onthuld als beperking van intramoleculaire bewegingen. Tot dusver, AIE is al meer dan 20 jaar een veelbelovend onderzoeksveld, en biedt een nieuwe kans om lichtemitterende metallacages te construeren met een hoge luminescentie-efficiëntie.

In een recente recensie gepubliceerd in het in Peking gevestigde Nationale wetenschappelijke recensie , wetenschappers aan de Shanghai Jiao Tong University in Shanghai, China, en aan de Universiteit van Utah in Salt Lake City, ONS., de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van lichtgevende zelf-geassembleerde metallacages worden samengevat. De wetenschappers presenteerden de strategieën voor het rationele ontwerp van lichtemitterende metallacages en benadrukten de structurele chemie van AIE-actieve metallacages die AIE vertonen, een nieuw fotofysisch fenomeen, evenals hun opkomende toepassingen als chemische sensoren, functionele emissieve materialen, lichtoogstsystemen, en theranostische middelen. Deze wetenschappers schetsen eveneens de mogelijke toekomstige uitdagingen bij de ontwikkeling van lichtemitterende metallacages.

"De goed gedefinieerde, zeer afstembare metallacage-structuren maken ze bijzonder aantrekkelijk voor het onderzoeken van de eigenschappen van luminoforen, evenals voor het induceren van nieuwe fotofysische karakters die wijdverbreide toepassingen mogelijk maken, ', stellen ze in een artikel met de titel 'Light-emitting self-assembled metallacages'.

Studies naar lichtemitterende metallacages kwamen voort uit het gebruik van starre organische moleculen als bouwstenen voor coördinatie-gedreven zelfassemblage. "Veel van deze moleculen bevatten grote geconjugeerde systemen en zijn inherent fotofysisch actief, waardoor de resulterende SCC's lichtemitterende eigenschappen krijgen, " voegden ze eraan toe. "Tot op heden, onderzoekers hebben luminoforen gebruikt als donor- of acceptorbouwstenen, of ingekapselde gastmoleculen in de holte van de metallacages."

"De bijna onbeperkte structurele veelzijdigheid van metallacages biedt modulariteit ten opzichte van de fotofysische profielen van de ingebouwde luminofoor. Deze voordelen worden geïllustreerd door studies over metallacages die luminoforen met aggregatie-geïnduceerde emissie (AIE) karakter omvatten, ', stellen de onderzoekers.

De eerste poging om het AIE-gedrag van zelf-geassembleerde metallacages in 2015 te onderzoeken, heeft geresulteerd in een nieuwe klasse van AIE-actieve metallacages met een hoge luminescentie-efficiëntie in zowel verdunde oplossingen als in de geaggregeerde toestanden, waardoor de kloof tussen AIE en ACQ wordt overbrugd. Deze twee fotofysische verschijnselen worden vaak als diametraal tegenover elkaar gesteld.

"De eerste studies op dit gebied waren gericht op het onderzoeken van hun 'inschakelbare' luminescentie in zowel oplossingen als geaggregeerde toestanden en hun niveaus van reactie op verschillende oplosmiddelen, ", verklaarden ze. Vooruitgang van AIE-actieve metallacages op basis van tetrafenylethyleen (TPE) en zijn derivaten hebben geleid tot onderzoek naar factoren die hun emissie-eigenschappen beïnvloeden en inspireerden toepassingen die dit unieke fotofysische gedrag gebruiken. "Met name, het combineren van metallacage-chemie met AIE heeft geleid tot de ontwikkeling van AIE-actieve metallacages die gunstige fotofysische eigenschappen vertonen, zoals een hoge luminescentie-efficiëntie en goede modulariteit, en die een indrukwekkende relevantie hebben voor een breed scala aan gebieden zoals detectie, energie conversie, en de ontwikkeling van theranostische middelen, " verklaarden ze.

"Het gebruik van AIEgens met eigenschappen zoals multifotonabsorptie, rode/nabij-infrarode emissie, verbeterde oplosbaarheid, en biocompatibiliteit - dat wil zeggen, eigenschappen die wenselijker zijn dan die van de uitgebreid bestudeerde op TPE gebaseerde, zal naar verwachting resulteren in de ontwikkeling van supramoleculaire luminoforen met bredere mogelijkheden, " voorspelden de auteurs. "Over het algemeen, met de snelle vooruitgang van zowel door coördinatie gestuurde zelfassemblage als luminoforen met gunstige fotofysische eigenschappen zoals AIE, de verwachting is dat het onderzoek naar lichtemitterende zelf-geassembleerde metallacages zal blijven floreren."