Ведущие российские исследователи под руководством доктора химических наук Ильи Тайдакова, представляющего Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова и Институт спектроскопии РАН, совершили значимый шаг в области оптоэлектроники и биомедицинских технологий. Благодаря поддержке Российского научного фонда (РНФ) они синтезировали абсолютно новые комплексы иттербия с органическими лигандами, обладающие рекордной эффективностью инфракрасного свечения. Данным открытием открываются перспективы не только для новых видов медицинской диагностики, но и для развития современных лазерных систем, гибкой электроники и техники визуализации живых тканей.
Иттербиевые комплексы: от синтеза к новым возможностям
Основой исследования стали соединения с трехвалентными ионами иттербия, объединенные с разнообразными органическими лигандами, в том числе производными пиразолона. В результате ряда экспериментов ученым удалось добиться того, чтобы под воздействием ультрафиолетового излучения (в диапазоне 350–390 нм) их соединения генерировали инфракрасный свет длиной волны порядка 980 нанометров. Поразительно, что квантовый выход свечения составил до 7% — это примерно вдвое превышает любую ранее достигнутую эффективность для подобных веществ.
Такие результаты важны не только для фундаментальной науки, но и для практики: столь высокоэффективные люминофоры необходимы в технологиях люминесцентной микроскопии, лазерных устройств нового поколения, а также точной диагностики опухолевых процессов и неразрушающей визуализации живых биотканей.
Экспериментальная база и наука мирового уровня
Работа объединила ведущих специалистов сразу из трех ключевых научных центров столицы: Физического института имени П.Н. Лебедева РАН, МГУ имени М.В. Ломоносова и Института спектроскопии РАН. В уникальных условиях лабораторий удалось реализовать комплексный подход: сначала органические лиганды модифицировали так, чтобы они лучше передавали энергию центральному иону иттербия, а затем отрабатывали различные схемы добавления вторичных компонентов, например, с атомами фосфора или мышьяка. Именно оптимизация и тонкая настройка молекулярного окружения позволили достичь столь высокой эффективности.
«Получение ярко светящихся комплексов иттербия открывает новую страницу в создании материалов с уникальными свойствами — не только для научных исследований, но и для смелых технологических решений,» — отмечает руководитель проекта, доктор Илья Тайдаков.
Проблемы прежних решений — и почему новый подход работает
До последнего времени практическое применение инфракрасных комплексов иттербия сдерживалось их низким квантовым выходом, который редко превышал 3,5%. Значительная доля энергии, поглощаемой ультрафиолетовыми лучами, терялась в процессе передачи между лигандами и центральным атомом. Кроме того, значительным недостатком оказывалось явление так называемого «тушения» — часть энергии уходила в тепло, что снижало светоотдачу.
Коллективу российских ученых впервые удалось показать, что можно воздействовать на эти процессы с помощью рационального выбора лигандов. Они детально выявили роль состояний с переносом заряда между лигандами, которые формируются под облучением, и доказали: если подобрать вспомогательные лиганды правильно, можно эффективно подавлять нежелательные процессы тушения и направлять энергию именно в инфракрасное свечение.
Потенциал для биомедицины и инновационных технологий
Появление сверхэффективных светящихся комплексов иттербия — отличный старт для применения в передовой медицинской диагностике. Высокая интенсивность и четко выбранный диапазон излучения делают эти соединения идеальными кандидатами для методов визуализации сложных биологических процессов, поиска и маркировки аномальных клеток, определения локальной температуры в живых тканях. Яркие люминесцентные материалы удобно использовать для микроскопии, а также для оснащения низкоэнергетических и экономичных оптоэлектронных приборов.
Помимо биологических применений, такие комплексы находят востребованность в лазерных технологиях, сенсорных системах и фотонной электронике. Например, эффективные инфракрасные излучатели могут быть использованы в устройствах ночного видения, оптических маркерах и даже для защиты от фальсификации.
Вклад фундаментальной российской науки и дальнейшие перспективы
Вклад российских ученых не ограничивается только созданием эффективных комплексов: проведенная работа существенно расширяет знания о механизмах передачи энергии в молекулярных системах лантаноидов. Это открытие дает основание рассчитывать на прорыв в области целенаправленного дизайна новых материалов с заранее заданными оптическими свойствами.
Лаборатория «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» под руководством Ильи Тайдакова продолжает работать над изучением тонких особенностей взаимодействия лигандов и центральных ионов. В ближайшее время ожидаются новые разработки, которые могут увеличить надежность и функциональность люминофоров для медицины и техники.
Интересно отметить, что в параллельных проектах той же научной группы ранее был отмечен значительный скачок в квантовом выходе для комплексов с европием при использовании массового введения фторсодержащих групп. Такие соединения проявляют себя как первоклассные люминесцентные маркеры и защитные сенсоры, что доказывает универсальность и результативность научной стратегии команды.
Будущее за инновационными материалами российского производства
Новаторские исследования, реализуемые при поддержке Российского научного фонда и при участии ключевых научных институтов Москвы, демонстрируют лидерство российской школы химии и материаловедения. Создание сверхэффективных светящихся комплексов иттербия — это не просто вклад в мировую науку, но и шаг к новым технологиям, которые будут формировать завтрашний день медицины, электроники и биотехнологий. Уникальные свойства новых материалов непременно найдут свое применение в самых современных и перспективных областях.
Благодаря вдохновению, мастерству и научной прозорливости коллектива под руководством Ильи Тайдакова, отечественная наука вновь подтверждает свой потенциал и уверенно движется к новым открытиям, делая достижения РНФ и профильных институтов примером для всего исследовательского сообщества.
Источник: indicator.ru
