포토 스위치

Photoswitch

포토스위치는 전자기 방사선을 조사하면 구조적인 기하학적 특성과 화학적 특성을 바꿀 수 있는 분자의 한 종류입니다.종종 분자 기계라는 용어와 교환할 수 있지만, 스위치는 모양이 바뀌었을 때 작업을 수행하지 않지만 기계는 그렇게 합니다.[1]그러나 광크롬 화합물은 광구동 분자 모터와 기계에 [2]필요한 구성 요소이다.빛을 조사하면 분자의 이중 결합에 대한 광이성화는 시스 또는 트랜스 [3]구성의 변화를 초래할 수 있다.이 포토크로믹 분자들은 다양한 응용 분야에서 고려되고 있다.

화학구조 및 특성

포토 스위칭 가능한 분자:빛을 조사하면, 광이성화가 일어나 분자의 공간 기하학적 구조와 특성을 변화시킨다.
광스위치 가능한 분자: 아조벤젠은 Z 이성체가 보다 극성이 높고 결합이 짧으며 구부러지고 뒤틀린 [4]형상을 가진 E-Z 광이성체를 거칩니다.히드라존은 수천 [5]년의 긴 열 반감기와 함께 광이성체화를 겪는다.스피로피란과 메로시아닌은 광조사 시 링 개폐 메커니즘을 거친다.Diarylethene 및 기증자-수용체 Stenhouse 부가물은 광이성화 시 색상의 변화를 보인다.스틸벤은 광화학 연구를 위한 모델 포토 스위치입니다.

포토크로믹 화합물은 빛을 조사하면 그 구성이나 구조를 바꿀 수 있다.포토크로믹 화합물의 몇 가지 예로는 아조벤젠,[6] 스피로피란,[7] 메로시아닌,[8] 디알레텐,[9] 스피록사진,[10] 풀가이드,[11] 히드라존,[12] 노보마디엔,[13] 티오인디고,[14] 아크릴아미드아조벤젠-쿼터리 암모니아,[15] 기증자-수용체 스텐하우스 부가물,[16] 스틸벤 [17]등이 있다.

이성화

빛의 흡수에 의한 이성화에서는 전자가 들뜬 상태에서 지면 상태로 이행할 때 빛의 후속 방출(형광 또는 인광) 또는 열과 함께 δ-to-to-to-to-to-to-transition이** 발생할 수 있다.광정지 상태는 빛의 조사가 더 이상 하나의 이성질체를 다른 이성질체로 변환하지 않을 때 달성될 수 있지만, 시스 [18]이성질체와 트랜스 이성질체의 혼합물은 광조건에 따라 항상 높은 비율로 존재한다.

메커니즘

광이성화 메커니즘은 여전히 대부분의 과학자들 사이에서 논의되고 있지만, 증가하는 증거는 원본드 [19]플립보다는 훌라 트위스트를 선호하는 폴리엔의 시스/트랜스 이성화를 뒷받침한다.일결합 플립은 반응성 이중 결합에서 이성화되며 훌라 트위스트는 인접한 단일 결합에서 입체구조 이성화 과정을 거친다.단, 스틸벤의 입체 이성질체 상호변환은 단결합 [20]플립을 통해 진행된다.

양자 수율

A에서 B로의 광이성화: A에서 B로의 이성화를 완전히 기술한다.여기서 θ는A 양자수율, I는 광자속, β는 A에서 흡수되는 광자의 비율A, N은 아보가드로의 수, V는 [21]시료의 부피이다.

포토스위치의 가장 중요한 특성 중 하나는 광이성화를 유도하기 위해 흡수된 빛의 효과를 측정하는 양자 수율이다.양자 수율은 Arrhenius [21]kinetics를 사용하여 모델링 및 계산됩니다.광스위치는 용액 상태 또는 고체 상태일 수 있지만, 고체 상태의 전환은 분자 이동의 자유, 고체 패킹 및 접지 [22]상태로의 빠른 열 복귀로 인해 관찰하기가 더 어렵습니다.화학적 변형을 통해, 적색은 이성질체를 일으키는 데 필요한 흡수 파장을 이동시키면 광약리학에서 응용되는 저광 [23]유도 전환으로 이어진다.

촉매 작용

포토크로믹 화합물이 적절한 촉매 분자에 통합될 때, 광스위치 가능한 촉매 작용은 빛을 조사했을 때 기하학적 구조의 가역적 변화로 인해 발생할 수 있다.가장 널리 연구되고 있는 광전류 중 하나인 아조벤젠은 빛에 대한 E에서 Z로의 이성화 및 어두운 [24]조건에서 다시 E 이성체로 열적으로 이완할 수 있는 능력으로 인해 촉매 활성을 조절하는 데 효과적인 스위치로 나타났다.

생물학적

망막 포토 스위치:시스-망막에서 트랜스-망막으로 변환하는 광자의 흡수.변환이 완료되면 트랜스-망막은 Opsin에서 연결을 끊을 수 있습니다.시스 이성질체로 다시 전환되면 [25]Rhodopsin을 재형성할 수 있다.

로돕신스속

빛 조사 시 구조 변화를 겪는 인체에서 가장 일반적인 생물학적 예 중 하나는 막 결합 광수용체인 로돕신([26]Rhodopsins)을 포함한다.여기에는 멜라노사이트의 조절, 시력, 멜라토닌의 방출, 일주기 리듬의 조절 [27]등이 포함된다.로돕신은 빠른 광이성화를 겪을 수 있는 매우 효율적인 광크로믹 화합물이며 미생물의 [29]광 게이트 채널과 펌프와 함께 다양한 망막[28] 단백질과 연관되어 있습니다.

조사.

포토크로믹 화합물에 의한 시력 회복의 진전이 조사되었다.빠른 이성질화는 빛에 의해 활성화될 때 망막세포가 활성화되고 아크릴아미드-아조벤젠-4차 암모니아가 발달하면서 시각반응이 회복되는 것을 보여주었다.[30] 이 분야에는 노바티스, 베데레, 앨러건, 나노스코프 테라퓨틱스 [31]등이 참여하고 있다.

생물학적 분자에 광위치를 통합함으로써 제어된 빛의 조사를 통해 생물학적 과정을 조절할 수 있다.여기에는 펩타이드 구조 및 활성의 광제어, DNA 및 RNA의 전사 및 번역, 효소 활성의 조절 및 광조절 이온 [32]채널이 포함됩니다.예를 들어 인간 혈청 알부민 내 리간드 결합의 광학적 제어는 알로스테릭 결합 [33]특성에 영향을 미치는 것으로 입증되었다.또한 적색 편이 아조벤젠은 이온 자극성 글루타메이트 [34]수용체를 제어하기 위해 사용되어 왔다.

잠재적인 응용 프로그램

포토스위치는 생물학, 재료 화학 및 물리학에서 연구되며, 특히 나노 [35]기술의 프레임워크에서 다양한 잠재적 응용 분야를 가지고 있습니다.

일렉트로닉스

이성체 상태에 따라 포토스위치는 [36]전자제품에 사용되는 트랜지스터를 대체할 가능성이 있습니다.각종 기판 표면에 광위치를 부착함으로써 작업기능을 변경할 수 있다.예를 들어, 다이어리테인을 금 표면에서 자기조립 단분자로 통합하는 것은 [37]광전자 소자에서의 가능성을 보여준다.

다이알레테인은 저온과 실온에서 그래핀 전극 사이에 안정적인 분자 전도 접합부를 형성하여 광전기 [38]스위치 역할을 합니다.개방 및 폐쇄 기하학적 구조에 다양한 최고 및 최저의 빈 분자 궤도 레벨을 포함한 포토 스위치를 p도프 또는 n도프 반도체로 이루어진 필름에 조합함으로써 [37]빛에 의한 전하 수송을 제어할 수 있다.광전지는 셀이 얼마나 많은 전기를 발생시키는지 측정하는 회로에 연결되어 있다.회로는 최소 및 최대 럭스 [39]레벨 설정에 따라 출력을 결정하고 제공합니다.

포토스위치는 3차원 애니메이션과 이미지 [40]생성에 사용되어 왔다.이 디스플레이는 일련의 포토 스위치(스피로호다민)와 디지털 광처리 기술로 구성된 매체를 사용하여 입체적으로 구조화된 빛을 생성합니다.자외선 및 녹색 빛 패턴은 광활성화를 시작하여 'on' 복셀을 생성하는 염료 용액을 목표로 합니다.

에너지 저장소

한쪽 광이성체가 다른 한쪽 광이성체보다 안정적이기 때문에 안정적 이성체에서 준안정적 이성체로 이성화함으로써 광에너지가 화학전위의 형태로 자유에너지로 변환되어 태양에너지 [41]저장에 응용된다.

머코시아닌은 빛을 조사하면 고분자막을 가로질러 양성자를 이동시키는 것으로 나타났다.자외선과 가시광이 막의 반대편에 조사되었을 때 저장 전위와 pH 구배가 [42]생성되었다.

게스트 수신 및 해제

광스위치 가능한 분자를 다공질 금속 유기 프레임워크에 통합함으로써 이산화탄소와 같은 기체 분자를 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 광전자공학, 나노의학 및 에너지 저장 개선에도 기여합니다.모공의 화학적 특성을 변화시킴으로써 기체의 흡착 및 탈착을 스마트 막 재료의 [42]진보에 맞춰 조정할 수 있다.

액정

액정 구조에서의 키랄 형상 구동 변환은 쌍안정성 히드라존의 광이성화를 통해 달성되어 장기간에 걸쳐 안정된 고분자 [43]형상을 생성할 수 있다.흡광도 특성을 바꿀 수 있는 광게이트 광학창은 액정을 히드라존 광위치로 키리도핑하거나 정지상태의 [44]함수로서 다양한 콜레스테릭 상태를 동태적으로 포착함으로써 만들 수 있다.네매틱스 액정에 광 스위치를 통합하면 자기 조립, 결정 패킹 및 초분자 상호작용의 [45]빛 반사 특성을 변경할 수 있습니다.

광학 스토리지

Diarylethene 포토스위치는 다시 쓸 수 있는 광학 스토리지에 사용할 수 있는 가능성이 있습니다.빛을 조사함으로써 쓰기, 삭제 및 읽기가 CD/DVD 스토리지와 병렬로 더 나은 [46]성능을 발휘할 수 있습니다.새로운 아조 반송 광 스위치는 분자 경첩으로 [47][48]도입되어 분자 기계와 광학 [49]장치의 설계에 사용할 수 있습니다.

광약리학

광약리학 분야에서는 활동을 제어하는 수단으로 포토위치가 조사되고 있다.약물에 포토스위치를 포함시킴으로써 약물은 몇 가지 생물학적 활성 상태를 가정한다.빛은 이러한 상태 사이를 전환하기 위해 사용될 수 있으며, 결과적으로 약물의 활동을 원격 조종할 수 있습니다.포토스위치는 또한 포토스위칭 가능한 껍질이 나노 [50]입자와 어떻게 상호작용하는지를 제어할 수 있는 표면 에너지 특성을 변조하는 것으로 나타났다.포토크롬 [51]성분을 가진 마이크로캡슐화 나노구조의 특성 및 크기 변화에 따라 빛이 있는 표적지에서의 의약품 캡슐화 및 분포가 입증되었습니다.

자가 치유 재료

포토워치는 자가 치유 가능한 폴리머 재료에 대해 조사되었습니다.첫 번째 전략은 다양한 기능군의 광투과성을 통합하여 이성질체 형태 중 하나로 반응성을 조절할 수 있도록 하고, 두 번째 전략은 광 구동 원자가 결합 [42]호변이성을 통합합니다.

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