Door gast-gastheer gedoteerde RTP-systemen hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt in toepassingen op verschillende gebieden, waaronder opto-elektronica van de volgende generatie, bio-imaging met hoog contrast en chirale herkenning. Met de toenemende aandacht voor het ontwerp van RTP-systemen met chirale groepen is het begrijpen van de relatie tussen structuur en eigenschap cruciaal geworden.

Door gebruik te maken van de essentiële rol van chiraliteit in de natuurlijke evolutie, zal het verkennen van rijkere spectrale methoden om de correlatie tussen moleculaire chiraliteit, aangeslagen toestanden en elektronenspin te begrijpen, fundamentele principes ophelderen en innovatieve technologische transformaties aandrijven.

In hun eerdere werk, gepubliceerd in 2023, ontdekte en benoemde het team van prof. Zhang voor het eerst het fenomeen chiraal-selectieve fosforescentieverbetering (CPE), waarmee de chiraliteitsafhankelijkheid van de energieoverdracht tussen moleculen werd onthuld.

In deze studie stelden ze een universeler detectieschema voor dat snelle chirale herkenning van RTP mogelijk maakt. Ze ontdekten dat aminozuren onder milde omstandigheden reageren met zeer reactief 2-naftoylchloride en zo chirale energieacceptoren vormen. Dit proces maakt de opwekking van RTP in een triplet-energiedonormedium gevoelig. Tegelijkertijd dient het L-fenylalaninederivaat als universele triplet-energiedonoren, wat voordelen biedt bij massaproductie en zuivering.

Het team bevestigde aanvankelijk de haalbaarheid van modulair ontwerp in CPE-systemen. Experimentele resultaten toonden aan dat, onder verschillende dopingverhoudingen, de fluorescentieversterkingsfactoren relatief laag waren, variërend van 1,6 tot 3,2. Onder dezelfde omstandigheden namen de verbeteringsfactoren van de RTP-spectra echter aanzienlijk toe.

Dit verschil wordt toegeschreven aan het feit dat gastfluorescentie kan optreden via zowel Förster- als Dexter-energieoverdracht, terwijl gast-RTP beperkt is tot Dexter-energieoverdracht.

Bovendien werd de optimale bereidingsmethode bepaald door de spectrale intensiteitsverhoudingen onder verschillende bereidingsmethoden te vergelijken, en werd een screening van alle 15 natuurlijke aminozuren en hun onnatuurlijke enantiomeren uitgevoerd op basis van het vastgestelde schema. De resultaten toonden aan dat deze methode de breedste toepasbaarheid heeft van alle gepubliceerde luminescerende chirale detectiesystemen, met herkenningstijden van slechts enkele minuten.

Tenslotte werden, door het introduceren van zware atomen (bijvoorbeeld broom) om de moleculaire structuur te moduleren en de stralingsovergangssnelheid van gastmoleculen te verbeteren, betere fosforescentieversterkende effecten bereikt. Dit resultaat demonstreert de mogelijkheid om moleculaire structuren te optimaliseren onder begeleiding van CPE-principes om betere herkenningsomstandigheden te verkrijgen, en toont de voordelen van organische RTP-detectieherkenning.

Meer informatie: Xiaoyu Chen et al, Snelle chirale herkenning door fosforescentie bij kamertemperatuur van natuurlijke aminozuren, Nature Communications (2024). DOI:10,1038/s41467-024-47648-z

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China