Tempo-risolta caratterizzazione fotofisica di tripletto-raccoglitrici composti organici a un utilizzo di ambiente privo di ossigeno un iCCD telecamera
27 dicembre 2018
Qui, presentiamo un metodo di caratterizzazione spettroscopica di molecole organiche mediante spettroscopia di fotoluminescenza risolta in tempo sulla scala cronologica nanosecondo al millisecondo in condizioni di assenza di ossigeno. Metodi per rimuovere efficientemente l'ossigeno dai campioni e, quindi, limitare luminescenza tempra inoltre sono descritti.
Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della chimica dei materiali e in fotofisica riguardo alla natura degli stati emissivi nei materiali fotoluminescenti. Il vantaggio principale di questa tecnica è che tutti gli spettri di emissione sono disponibili da zero a secondi di ritardo. Per iniziare, preparare quattro millilitri di una soluzione del composto luminescente scelto in solvente come descritto nel protocollo di testo.
Versare la soluzione nella cuvetta di degassamento e chiudere la valvola. Quindi collegare la pompa per vuoto al collo di ingresso di una cuvetta degassante. Tenere il collo di ingresso della cuvetta e mettere lentamente il pallone a fondo rotondo in azoto liquido.
Agitare di tanto in tanto mentre il pallone è in azoto liquido. Per assicurarsi che l'intera soluzione sia congelata, agitare il pallone a fondo tondo. Accendere la pompa del vuoto e aprire la valvola di ingresso.
Dopo 10 minuti, chiudere la valvola di ingresso e spegnere la pompa del vuoto. Posizionare lentamente il pallone a fondo rotondo in isopropanolo. Agitare occasionalmente la cuvetta fino a quando il solvente non viene fuso.
Se il degassamento ha avuto successo, l'aria che esce dalla soluzione deve essere osservata al primo ciclo sotto forma di bolle. Ora riscaldare la soluzione nella cuvetta a temperatura ambiente. Utilizzare un bagno d'acqua o attendere che la temperatura equilibra.
Accendere il sistema laser. Dopo aver atteso circa 30 minuti per stabilizzare il fascio sulla potenza della pompa di uscita, utilizzare il misuratore di potenza per misurare la fluenza laser. La lettura dovrebbe essere di circa 100 microjoule per impulso.
Ora accendi il sistema di misurazione. Accendi il software 4 Spec e imposta i parametri di misurazione, incluso il numero di scansioni raccolte. Per accedere alla configurazione del controllo della fotocamera, scegliere Finestra, Fotocamera.
Assicurarsi che la fotocamera sia accesa entro questo momento. Il software si collega ora con la fotocamera. Impostare il ritardo e il tempo di integrazione per i parametri di tempo zero, inclusi 981 nanosecondi di ritardo e 10 nanosecondi di tempo di integrazione.
Questi parametri possono quindi essere utilizzati per verificare se il set-up di misurazione è allineato. Impostare un trigger per Trig. Quindi, invia i parametri alla fotocamera con il pulsante Invia.
Ora imposta la posizione della fessura e del monocromatore appropriata all'intervallo spettrale e all'intensità dell'emissione del campione. Per posizionare una soluzione, montare un supporto per cuvette nell'area del campione o inserire la cuvetta in un criostato se è necessario un controllo della temperatura. Quindi, posizionare la cuvetta di degassamento nel supporto e fissarla utilizzando un supporto da laboratorio.
Assicurarsi con un'attenta osservazione della fotoluminescenza che il raggio laser colpisca la cuvetta. Dopo aver assicurato che il raggio laser sia allineato, coprire l'unità campione per evitare che la luce della stanza venga registrata dal rilevatore e per ridurre il rischio di scattering laser. Per impostare l'esperimento, coprire il percorso laser utilizzando un otturatore.
Misurare l'emissione di fondo utilizzando il tasto di scelta rapida D. Quindi, aprire lo script di misurazione automatica e inserire il nome del file di esperimento nella casella di testo. Quindi premere INVIO e immettere la riga iniziale del file di esperimento.
Premere di nuovo INVIO e immettere l'ultima riga del file di esperimento. Quindi premere INVIO alla fine per eseguire lo script. Lo script automatico consente la misurazione dell'emissione in un insieme di tempi di ritardo diversi indicati nel file.
Una volta terminato, selezionare uno spettro e una scala. Esportate lo spettro nel file facendo clic su File, Esporta (Export), Curva come testo (Curve as Text). Quindi scegli un nome e una directory.
I risultati sono ora pronti per essere elaborati dal software appropriato. Una volta terminati tutti gli esperimenti previsti, spegnere l'attrezzatura, procedendo nell'ordine opposto a quello in cui è stata accesa. Rimuovere la cuvetta degassante dal supporto.
Aprire la valvola di ingresso e smaltire la soluzione. Risciacquare la cuvetta con acetone, facendo attenzione a lavare tutte le pareti interne. Ripetere il risciacquo tre volte.
Qui è mostrato un profilo di decadimento di un emettitore di fluorescenza ritardata attivato termicamente in soluzione di toluene e gli spettri risolti nel tempo registrati nello stesso esperimento con uno spettro fosforescente registrato a bassa temperatura. La fluorescenza rapida e ritardata può essere chiaramente distinta. Mostrato qui è un profilo di decadimento di una molecola fosforescente a temperatura ambiente in un ospite polimerico solido.
Sono mostrati anche gli spettri risolti nel tempo registrati nello stesso esperimento, con uno spettro di fosforescenza registrato a bassa temperatura. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di controllare le condizioni del piano in plastica e della cuvetta prima di iniziare a garantire un corretto degassamento della soluzione. Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sulle molecole luminescenti, può anche essere applicato ad altri sistemi come gli ecciplex.
Non dimenticare che lavorare con apparecchiature di vetro sotto vuoto può essere estremamente pericoloso e precauzioni come indossare occhiali dovrebbero sempre essere prese durante l'esecuzione di questa procedura.
Panoramica
Questo articolo presenta un metodo per la caratterizzazione spettroscopica di molecole organiche mediante spettroscopia fotoluminescente risolta nel tempo. La tecnica opera su una scala temporale che va da nanosecondi a millisecondi in condizioni prive di ossigeno, minimizzando efficacemente l'estinzione della luminescenza.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Chimica dei materiali
- Fotofisica
Sfondo
- Comprendere gli stati emissivi nei materiali fotoluminescenti è fondamentale.
- L'ossigeno può quenchare la luminescenza, influenzando le misurazioni.
- La spettroscopia risolta nel tempo consente un'analisi dettagliata degli spettri di emissione.
Scopo dello studio
- Sviluppare un metodo per la caratterizzazione spettroscopica di molecole organiche.
- Fornire informazioni sulla natura degli stati luminiscenti.
- Dimostrare l'efficacia delle tecniche di degasaggio nel preservare la luminiscenza.
Metodi Utilizzati
- Preparazione di soluzioni di composti luminiscenti.
- Depressurizzazione mediante pompa a vuoto e azoto liquido.
- Configurazione della strumentazione con sistemi laser e software per l'acquisizione dei dati.
- Analisi degli spettri di emissione a diversi tempi di ritardo.
Risultati principali
- La rimozione efficace dell'ossigeno ha portato a spettri di emissione più nitidi.
- Sono stati osservati profili di decadimento distinti per la fluorescenza immediata e quella ritardata.
- Gli spettri risolti nel tempo hanno fornito informazioni sul comportamento fosforescente.
Conclusioni
- Il metodo migliora la comprensione dei materiali luminiscenti.
- Può essere applicato a diversi sistemi oltre alle molecole organiche.
- Le precauzioni di sicurezza sono essenziali quando si lavora sotto vuoto.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
La caratterizzazione della fotoluminescenza risolta nel tempo permette di ridurre i rischi meccanicistici degli emettitori organici, distinguendo i contributi della fluorescenza immediata e di quella ritardata in condizioni prive di ossigeno. Questo approccio supporta la validazione degli obiettivi nello sviluppo di materiali optoelettronici, fornendo dati quantitativi sulle dinamiche degli stati eccitati, essenziali per prevedere le prestazioni dei dispositivi negli OLED e nelle tecnologie correlate. Il metodo aumenta l'affidabilità predittiva nelle fasi iniziali della scoperta, distinguendo gli stati emissivi che influenzano l'efficienza del recupero dei tripletti.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi delle origini degli stati emissivi nei materiali luminescenti per chiarire le ipotesi meccanicistiche.
- Valore operativo: Fornisce dati spettrali risolti nel tempo e di decadimento da nanosecondi a 0,1 secondi in un singolo esperimento.
- Valore scientifico: Supporta la validazione funzionale dei meccanismi di raccolta dei tripleti negli emettitori TADF e RTP.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Valore scientifico: Fornisce output fotofisici standardizzati e quantitativi per la prontezza del saggio nella selezione di materiali.
- Valore operativo: Garantisce riproducibilità attraverso protocolli di degasaggio controllati che minimizzano gli artefatti da soppressione dell'ossigeno.
- Valore scientifico: Permette un confronto affidabile dei profili di emissione tra formati di campioni solidi e liquidi.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Facilita la continuità traslazionale collegando la fotofisica molecolare a predittori di prestazione rilevanti per i dispositivi.
- Valore operativo: Supporta decisioni di avanzamento proporzionate al rischio attraverso una chiara distinzione tra componenti di emissione immediata e ritardata.
- Valore scientifico: Contribuisce alla riduzione del rischio meccanicistico isolando i processi di emissione a lunga durata sensibili all'ossigeno.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si integra nei flussi di lavoro della fase iniziale di scoperta fornendo una caratterizzazione degli stati eccitati che orienta l'identificazione dei composti promettenti per applicazioni optoelettroniche, con risultati direttamente utili per l'ingegnerizzazione dei dispositivi successivi.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi riguardo ai contributi degli stati emissivi nei sistemi fotoluminescenti.
- Screening: Consente la standardizzazione dei saggi mediante acquisizione spettrale con gate temporale e analisi dei profili di decadimento.
- Analisi: I ritardi e i tempi di integrazione forniscono misurazioni quantitative per confrontare i comportamenti fotofisici.
- Ricerca traslazionale: Collega le caratteristiche di emissione molecolare alle aspettative di prestazione dei dispositivi in ambito preclinico.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma riutilizzabile per valutare diverse classi di emettitori organici in condizioni controllate.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Affidabilità predittiva nell'assegnazione dello stato emissivo e nell'efficienza di raccolta degli stati di tripletto.
- Valore operativo: Preparazione e misurazione del campione riproducibili e prive di ossigeno, applicabili a diversi tipi di campione.
- Valore strategico: Decisioni informate di prosecuzione o interruzione basate sui componenti fotofisici risolti.
- Impatto sul portafoglio: Prioritizzazione corretta in base al rischio per emettitori con potenziale di emissione a lunga durata verificato.
Considerazioni sull'Implementazione
- Competenze nelle tecniche di misura fotofisiche e nelle procedure di manipolazione sotto vuoto.
- Strumentazione comprendente sistemi a laser a impulsi, telecamere iCCD e monocromatori per la risoluzione spettrale.
- Standardizzazione intersettoriale dei protocolli di degasaggio per garantire un'eliminazione costante dell'ossigeno.
- Considerazioni sull'adattamento a diverse matrici campione (solidi, liquidi, polimeri) e lunghezze d'onda di eccitazione.
- I limiti pratici includono i vincoli di sensibilità spettrale del rivelatore e le lunghezze d'onda del laser richieste (532 nm, 355 nm, 337 nm, 266 nm).
