۸ آگوست ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: امیر خُلَم – بزرگترین آرایه OLED جهان (تصویر نمایشی)
مولکول آلی جدید به عنوان یک “سوئیچ” عمل می‌کند و ساختار را تغییر می‌دهد تا نور را برای OLEDها ساطع کند و نور را برای تصویربرداری از بافت‌های عمیق جذب کند.
نمایشگرهای OLED به موادی نیاز دارند که بتوانند نور را با راندمان بسیار بالا ساطع کنند، در حالی که تصویربرداری پزشکی از بافت‌های عمیق به ترکیباتی متکی است که نور را به روش‌هایی جذب می‌کنند که آسیب به سلول‌های زنده را به حداقل می‌رساند. این دو جهان مدت‌هاست که به راه‌حل‌های جداگانه‌ای نیاز دارند، تا به امروز.
محققان دانشگاه کیوشو یک مولکول آلی واحد توسعه داده‌اند که می‌تواند در هر دو نقش برتر باشد و به طور بالقوه لوازم الکترونیکی مصرفی و تشخیص‌های زیست‌پزشکی را به طور یکسان متحول کند.
این مطالعه، ماده‌ای پیشرفته را به نمایش می‌گذارد که انتشار نور کارآمدی را برای صفحه نمایش‌های نسل بعدی و جذب نور قوی را برای تصویربرداری با دقت بالا در اعماق بدن ارائه می‌دهد.این کشف می‌تواند راه را برای دستگاه‌هایی که سرگرمی و مراقبت‌های بهداشتی را به هم متصل می‌کنند، هموار کند و با استفاده از یک مولکول، نمایشگرهای روشن‌تر را روشن‌تر کرده و امکان تشخیص ایمن‌تر و واضح‌تر را فراهم کند.
OLEDها بر نمایشگرهای مدرن، از تلفن‌های هوشمند گرفته تا تلویزیون‌های بزرگ، تسلط دارند. بهبود کارایی آنها اغلب شامل فلورسانس تأخیری فعال‌شده با حرارت (TADF) است.این فرآیند، انرژی حالت سه‌تایی که معمولاً هدر می‌رود را با استفاده از گرمای محیط به حالت‌های تک‌تایی ساطع‌کننده نور تبدیل می‌کند. موادی با TADF قوی می‌توانند نمایشگرها را روشن‌تر و از نظر انرژی کارآمدتر کنند.
در پزشکی، تصویربرداری از بافت عمیق به موادی نیاز دارد که با نور کم انرژی نزدیک به مادون قرمز کار می‌کنند تا پراکندگی و آسیب را کاهش دهند. جذب دو فوتونی (2PA) با اجازه دادن به یک مولکول برای جذب دو فوتون کم‌انرژی‌تر به طور همزمان، به این هدف دست می‌یابد.این تکنیک فقط بافت را در نقطه کانونی لیزر تحریک می‌کند و تصویربرداری واضح‌تر و ایمن‌تری را ممکن می‌سازد.
ترکیب TADF قوی و 2PA بالا در یک مولکول، مدت‌هاست که یک چالش بوده است. TADF در ساختارهای مولکولی پیچ‌خورده با اوربیتال‌های الکترونی جدا از هم، بهترین عملکرد را دارد. 2PA معمولاً به ساختارهای مسطح با همپوشانی اوربیتال بالا نیاز دارد.این نیازها اغلب با هم در تضاد هستند و مولکول‌های دوکاره را نادر می‌کنند.
برای حل این مشکل، تیم کیوشو مولکولی به نام CzTRZCN طراحی کرد. این مولکول یک واحد کاربازول غنی از الکترون را با یک هسته تریازین فاقد الکترون ترکیب می‌کند.
این معماری به مولکول اجازه می‌دهد تا به عنوان یک “سوئیچ” عمل کند. در طول جذب، CzTRZCN همپوشانی اوربیتال کافی را برای 2PA کارآمد حفظ می‌کند. پس از برانگیختگی، ساختار را به اوربیتال‌های جدا از هم تغییر می‌دهد و TADF را فعال می‌کند.
این تصویر، ساختار مولکول آلی پیشنهادی را در کنار نمودارهای سطح انرژی جذب دو فوتونی (سمت چپ) و فلورسانس تأخیری فعال‌شده حرارتی (سمت راست) نشان می‌دهد. اعتبار – یوهی چیتوز/دانشگاه کیوشو
این تیم این رفتار دوگانه را با محاسبات نظری و آزمایش‌ها تأیید کرد. در یک دستگاه OLED، CzTRZCN به بازده کوانتومی خارجی ۱۳.۵٪ رسید که رکوردی برای مواد TADF مبتنی بر تریازین است.همچنین سطح مقطع 2PA بالا و روشنایی قوی را نشان داد که آن را برای تصویربرداری پزشکی امیدوارکننده می‌کند.
یوهی چیتوز، محقق ارشد، گفت که ماهیت عاری از فلز و کم سمیت این مولکول، آن را بسیار زیست سازگار و ایده‌آل برای کاوشگرهای پزشکی می‌کند.
این مطالعه، استراتژی‌ای را برای ایجاد مولکول‌هایی با آرایش‌های مداری مختلف برای جذب و انتشار نور ترسیم می‌کند. این رویکرد می‌تواند الهام‌بخش مواد چند منظوره جدیدی فراتر از کاربردهای پزشکی و نمایشگر باشد.
چیتوز گفت که این تیم قصد دارد طراحی را برای پوشش طول موج‌های انتشار بیشتر گسترش دهد و با مهندسان زیست پزشکی و دستگاه همکاری کند. کاربردهای احتمالی شامل تصویربرداری درون تنی، حسگرهای پوشیدنی و نمایشگرهای OLED نسل بعدی است.
این کار با پیوند دادن فوتوالکترونیک و تصویربرداری زیستی، درهایی را برای دستگاه‌هایی می‌گشاید که به طور یکپارچه بین لوازم الکترونیکی مصرفی و مراقبت‌های بهداشتی ارتباط برقرار می‌کنند.
در صورت مقیاس‌بندی، CzTRZCN می‌تواند به ایجاد صفحه نمایش‌های روشن‌تر و کارآمدتر و ابزارهای تصویربرداری دقیق‌تر و کمتر تهاجمی در پزشکی کمک کند.
این مطالعه در مجله Advanced Materials منتشر شده است.
