Engineering cyanine aggregation and self-assembly to access exceptionally red-shifted organic chromophores

设计花青聚集和自组装以获得异常红移的有机发色团

基本信息

  • 批准号:
    2204263
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 60万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-08-01 至 2025-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

With the support of the Macromolecular, Supramolecular and Nanochemistry program in the Division of Chemistry, Professors Ellen M. Sletten and Justin R. Caram of the University of California-Los Angeles are developing new fluorescent chemical compounds that emit light in the shortwave infrared region of the electromagnetic spectrum. Shortwave infrared waves are invisible to the human eye but can be detected by special cameras. A major advantage of these waves is that they can pass through tissue and be used for imaging in complex organisms. Additional opportunities are also seen in improving long-haul telecommunications of fiber optical networks. In the first part of this research, small organic molecules will be prepared and structurally modified to achieve desired absorption and emission properties in the infrared region. These photophysical properties will then be amplified several orders of magnitude through self-assembly in solution yielding exceptionally red-shifted aggregates. To aid in experimental design and speed discovery, computational modelling will be used to correlate the structure of these aggregates with their electronic properties. The research activities associated with this award will increase broadening participation and enable training of high school, undergraduate, and graduate students in synthetic organic chemistry and spectroscopy. The creation of a PHOTONbooth and participation in “Illuminating the World of Molecules” events will provide attractive strategies to generate public interest in science and introduce STEM concepts to participants in the greater Los Angeles area. This research will focus on cyanine aggregation and self-assembly to access exceptionally red-shifted organic chromophores for the shortwave infrared region (SWIR) region of the electromagnetic spectrum. In the first objective, modified monomeric cyanine dyes will be synthesized through heteroatom substitution and lengthening of the polymethine chain. This structural modification will promote SWIR J-aggregates above 1300 nm and facilitate investigation of two of the current limitations of such aggregates, namely low quantum yield (objective 2) and their need to be stabilized in a matrix or nanoparticle for use in dilute/complex environments (objective 3). New structures will be investigated using circular and linear dichroism and modelled computationally to access excitonic structures and correlate them with photophysical properties. This work, if successful, will provide fundamental insight on the chromophore-chromophore coupling and long-range order necessary for emissive, band edge J-aggregate formation. The organic SWIR J-aggregates associated with this work have the potential to develop inexpensive, environmentally friendly and scalable nanotechnology in a wavelength regime deemed to be eye safe.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在化学系中的大分子,超分子和纳米化学计划的支持下,加利福尼亚大学 - 洛杉矶分校的艾伦·M·斯莱滕(Ellen M. Sletten)和贾斯汀·R·卡拉姆(Justin R.短波红外波是人眼看不见的,但可以通过特殊相机检测到。这些波浪的主要优点是它们可以通过组织并用于复杂组织中的成像。在改善光纤网络的长途电信时,还可以看到其他机会。在这项研究的第一部分中,将准备小的有机分子并在结构上进行修饰,以实现红外区域所需的吸收和发射特性。然后,这些光物理特性将通过溶液中的自组装来扩展几个数量级,从而产生异常红移的聚集体。为了帮助实验设计和速度发现,计算建模将用于将这些骨料的结构与它们的电子特性相关联。与该奖项相关的研究活动将增加参与度的扩展,并能够在合成有机化学和光谱学领域接受高中,本科和研究生的培训。创建光块并参与“照亮分子世界”事件的参与将提供有吸引力的策略,以引起公众对科学的兴趣,并引入STEM概念以参与大洛杉矶地区。这项研究将着重于电子光谱短波红外区域(SWIR)区域的异常红移有机色面团。在第一个目标中,修饰的单体氰染料将通过杂原子取代并延长多胸链链合成。这种结构修饰将促进高于1300 nm以上的SWIR J聚集,并支持此类骨料的两个当前局限性的投资,即低量子收益率(目标2),并且需要在矩阵或纳米颗粒中稳定以在稀释/复杂环境中使用(目标3)。新结构将使用圆形和线性二色性研究进行研究,并在计算上建模以访问令人兴奋的结构并将其与光物理特性相关联。如果成功的话,这项工作将提供有关发色团 - 赋予肉体团耦合的基本见解,以及对发射,带边缘J聚集形成所需的长距离顺序。与这项工作相关的有机Swir J聚集物具有潜力,可以在被视为眼神安全的波长制度中发展廉价,环保且可扩展的纳米技术。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识分子和更广泛影响的评估来审查Criteria来通过评估来获得支持的珍贵的。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Exploring the design of superradiant J-aggregates from amphiphilic monomer units
  • DOI:
    10.1039/d2nr05747f
  • 发表时间:
    2023-01-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Bailey, Austin D.;Deshmukh, Arundhati P.;Caram, Justin R.
  • 通讯作者:
    Caram, Justin R.
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  • 资助金额:
    $ 60万
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作者:{{ showInfoDetail.author }}

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