J-агрегат

J -агрегат — это тип красителя с полосой поглощения , которая смещается в сторону большей длины волны ( батохромный сдвиг ) с увеличением резкости (более высокий коэффициент поглощения ), когда он агрегирует под воздействием растворителя или добавки или концентрации в результате супрамолекулярной самоорганизации. ^[1] Краситель может быть дополнительно охарактеризован небольшим сдвигом Стокса с узкой полосой. J в J-агрегате относится к EE Jelley, который открыл это явление в 1936 году. ^{[2] [3]} Краситель также называется агрегатом Шайбе в честь Г. Шайбе, который также независимо опубликовал эту тему в 1937 году. ^{[4] [5]}

Шайбе и Джелли независимо друг от друга наблюдали, что в этаноле краситель PIC хлорид имеет два широких максимума поглощения около 19 000 см ⁻¹ и 20 500 см ⁻¹ (526 и 488 нм соответственно), а в воде появляется третий острый максимум поглощения при 17 500 см ⁻¹ (571 нм). Интенсивность этой полосы еще больше увеличивается при увеличении концентрации и добавлении хлорида натрия . В самой старой модели агрегации для PIC хлорида отдельные молекулы укладываются в стопку, как рулон монет, образуя супрамолекулярный полимер , но истинная природа этого явления агрегации все еще изучается. Анализ осложняется тем, что PIC хлорид не является плоской молекулой. Молекулярная ось может наклоняться в стопке, создавая спиральный рисунок. В других моделях молекулы красителя ориентируются в виде кирпичной кладки, лестницы или ступенчатых структур. В ходе различных экспериментов было обнаружено, что J-полоса расщепляется в зависимости от температуры, в концентрированных растворах были обнаружены жидкокристаллические фазы, а крио-ПЭМ выявил агрегатные стержни длиной 350 нм и диаметром 2,3 нм.

Красители J-агрегата встречаются вместе с полиметиновыми красителями в целом, с цианинами , мероцианинами , скваренами и периленбисимидами . Было также обнаружено, что некоторые π-сопряженные макроциклы, о которых сообщили Свагер и его коллеги в Массачусетском технологическом институте, образуют J-агрегаты и демонстрируют исключительно высокие квантовые выходы фотолюминесценции . ^[6] В 2020 году был зарегистрирован известный цианиновый краситель (TDBC) с повышенным квантовым выходом фотолюминесценции (> 50%) в растворе при комнатной температуре. ^[7]

Молекулярные агрегаты PIC, демонстрирующие J-подобные свойства, как было показано, спонтанно шаблонизируются в дуплексные нити ДНК с определенной последовательностью. Эти основанные на ДНК J-агрегаты, известные как J-биты, были востребованы как метод самосборки J-агрегатов PIC в крупномасштабные многофункциональные ДНК-каркасы «снизу вверх». Что особенно важно, J-биты, как было замечено, участвуют в передаче энергии, когда находятся вблизи квантовых точек ^[8] , а также органических красителей, таких как красители Alexa Fluor . ^[9] Прототипические массивы переноса энергии ДНК, которые основаны на конструкции молекулярной фотонной проволоки, используют FRET для передачи экситонов пошагово вниз по градиенту энергии. Поскольку эффективность FRET между двумя флуорофорами уменьшается на их разделительное расстояние в 6-й степени, пространственные ограничения этих систем сильно ограничены. Предполагается, что интеграция реле J-бит между узлами FRET позволит компенсировать часть этой потери энергии. Теоретически плотная упаковка и жесткое выравнивание мономеров PIC обеспечивает суперпозицию переходных диполей, позволяя экситонам распространяться по всей длине агрегата с малыми потерями. ^[10]

• H-агрегаты, в которых наблюдается гипсохромный сдвиг при слабой или отсутствующей флуоресценции .