Полученные комплексы в перспективе можно будет использовать в биомедицине для исследования живых тканей, а также в оптоэлектронике и лазерных технологиях, где нужны эффективные люминофоры инфракрасного излучения. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда(РНФ), опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
Комплексы на основе трехвалентных ионов некоторых редкоземельных металлов, например иттербия, и органических молекул (лигандов) способны светиться в инфракрасном диапазоне, когда на них воздействуют ультрафиолетовым излучением. Благодаря этой способности комплексы иттербия используются в медицинской диагностике для исследования живых тканей, например поиска опухолей, а также в люминесцентной термометрии — методе измерения температуры по интенсивности свечения материала.
%20и%20молекулярная%20(b)%20структура%20полученных%20комплексов..png "Химическая (a) и молекулярная (b) структура полученных комплексов. Источник: Polikovskiy et al. / International Journal of Molecular Sciences, 2025")
Химическая (a) и молекулярная (b) структура полученных комплексов. Источник: Polikovskiy et al. / International Journal of Molecular Sciences, 2025
Однако применение таких соединений ограничено из-за низкой эффективности свечения (квантового выхода) — обычно не более 3,5%. Большая часть энергии, которую комплексу передают ультрафиолетовые лучи, теряется и не переходит в собственное излучение иона из-за того, что энергия между лигандами и центральным ионом в соединении переносится не полностью. Кроме того, для ионов, излучающих в инфракрасном диапазоне, характерно так называемое тушение — процесс, когда часть энергии возбужденного светом иона расходуется не на излучение, а уходит, например, в тепло. Повысить эффективность люминесценции до сих пор удавалось лишь сложными и дорогостоящими методами, поэтому ученые ищут более доступные альтернативы.
Исследователи из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (Москва), Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (Москва) и Института спектроскопии РАН (Москва) синтезировали и детально изучили новые комплексы трехвалентного иона иттербия с органическими лигандами. В качестве органических компонентов авторы использовали производные пиразолона — гетероциклического соединения, содержащего атомы углерода, азота и кислорода. Кроме того, ученые ввели в комплексы вспомогательные лиганды, содержащие атомы фосфора или мышьяка.
Сотрудник лаборатории кандидат физико-математических наук Владислав Коршунов собирает оптическую схему для проведения нового эксперимента. Источник: Илья Тайдаков
Оказалось, что механизм передачи энергии в синтезированных соединениях сильно отличается от описанного в литературе для похожих комплексов. В частности, авторы установили, что основную роль в передаче энергии играют так называемые состояния с переносом заряда, возникающие при возбуждении молекулы светом и существующие за счет передачи электронов между молекулами лигандов. Помимо этого ученые показали, что правильно подобранные дополнительные лиганды одновременно подавляют процессы тушения. Сочетание всех факторов приводит к повышению эффективности люминесценции вдвое по сравнению со всеми ранее известными комплексами аналогичного строения.
«Работа позволяет по-новому посмотреть на способы создания комплексов на основе координационных соединений иттербия с ярким свечением в ближнем инфракрасном диапазоне. Такие молекулы перспективны для разработки новых материалов для биовизуализации, люминесцентной микроскопии и люминесцентной термометрии — метода измерения температуры объектов по их свечению. В дальнейшем мы продолжим изучать механизмы передачи энергии в комплексах лантаноидов — группы элементов, к которой относится иттербий,— для разработки новых методов направленного дизайна эффективных и практически значимых люминесцентных материалов»,— рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Илья Тайдаков, доктор химических наук, заведующий лабораторией «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» отделения оптики ФИАН.
Ранее авторы показали, что повысить эффективность люминесценции координационных соединений с европием можно, если ввести в них большое количество атомов фтора. Такие соединения, излучающие свет видимого диапазона, могут использоваться для разработки люминесцентных маркеров, сенсоров и защитных меток.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ.
