Molekuły organiczne jako nowe urządzenia
Mierzenie napięcia jest istotne w wielu sytuacjach. Służą do tego konwencjonalne urządzenia elektryczne, takie jak elektrody. Optyczne mierzenie napięcia stanowi prawdziwą rewolucję. Naukowcy przetworzyli molekuły uczestniczące w przeniesienie elektronu, aby uzyskać zależną od napięcia fluorescencję. Prace te prowadzono w ramach projektu "Optical probes for membrane potential via photo induced electron transfer" (VOLTAGE-PROBE). Badacze skupili się na porfirynach, naturalnie występujących molekułach zbudowanych z czterech, połączonych heterocyklicznych grup, często z atomem metalu w centrum. Porfiryny budują wiele ważnych substancji w organizmie, włączając w to hemoglobinę — białko z żelazem w centrum, które może wiązać tlen w czerwonych krwinkach. Tworzą one również chlorofil, zielony barwnik roślin, odpowiedzialny za absorpcję światła. Niniejsze struktury przejawiają również niezwykłe zachowania w polu magnetycznym wynikające ze spinu elektronowego i mogą posłużyć do stworzenia nowatorskich, organicznych urządzeń do gromadzenia danych. Fotoindukowany transfer elektronów w monomerycznych porfirynach został dogłębnie przebadany. Bardzo mało wiadomo jednak o oligomerach porfirynowych, molekułach utworzonych z dwu lub więcej połączonych cząsteczek porfiryny. Zespół VOLTAGE-PROBE dokonał syntezy makromolekuł porfirynowych składających się z jednej do sześciu jednostek porfiryny połączonych kowalencyjnie. Naukowcy użyli technik spektroskopowych do badania właściwości elektronowych i transferu elektronów. Badacze zespołu VOLTAGE-PROBE udowodnili, że zakrzywione p-systemy (sprzężone wiązanie podwójne utworzone przez nakładanie się orbitali typu p) mają unikalne właściwości elektronowe (stany spinowe i struktury elektronowe) różniące się od tych występujących u ich liniowych analogów. Sztywne nanopierścienie porfirynowe składające się z sześciu jednostek porfiryny zostały wszechstronnie scharakteryzowane, dostarczając ważnej wiedzy o ich strukturze elektronowej. Zespół zajął się następnie tworzeniem nowatorskich metod syntezy wydłużonych rurek porfirynowych. Choć przeprowadzono wiele badań dotyczących innych nanostruktur węglowych, takich jak fulereny czy nanorurki węglowe, bardzo mało wiadomo o nanorurkach porfirynowych. Naukowcy badali ich właściwości optoelektroniczne, które okazały się podobne do właściwości nanopierścieni. Jedną małą różnicą był początek fluorescencji, który przesuwał się ku czerwieni w przypadku nanorurek. Makromolekuły na bazie porfiryny mają ciekawe właściwości optyczne, elektronowe i magnetyczne, co sugeruje, że mogę one potencjalnie mieć mnóstwo zastosowań. Zespół VOLTAGE-PROBE dokonał syntezy kilku struktur i scharakteryzował ich właściwości elektronowe, przybliżając technologię o krok bliżej do racjonalnego projektowania innowacyjnych urządzeń.
Słowa kluczowe
Przeniesienie elektronu, sondy optyczne, potencjał błonowy, fotoindukowane przeniesienie elektronu, porfiryna
