Espectroscopia de fluorescência transitória em estado microestável

A fluorescência é um fenômeno fotogênico. As substâncias que produzem fluorescência exigem propriedades específicas de transição estrutural e eletrônica. Normalmente, moléculas com características como sistemas de ligações duplas conjugadas, estruturas planas rígidas e grupos funcionais específicos são mais propensas a produzir fluorescência. De uma perspectiva microscópica, quando as moléculas de matéria são expostas à luz, as moléculas são excitadas ao absorver a energia dos fótons, os elétrons dentro das moléculas saltam do estado básico para o estado excitado, os elétrons no estado excitado são instáveis ​​e serão em um curto período de tempo (geralmente em10⁻⁸Para10⁻⁴segundosEntre) retornar ao estado básico, ao mesmo tempo em que a energia excessiva é liberada na forma de luz, essa luz emitida é chamada de fluorescência.

Gráfico1 Esquema de fluorescência

Espectro de fluorescênciaEm um domínio temporalEspectro de fluorescência estável e transitório. Espectroscopia de fluorescência de estado estável estuda principalmente sinais fluorescentes de substâncias sob exposição contínua a fontes de luz, detectando sinais fluorescentes/Força(y)É comprimento de onda.(x)funções. Espectroscopia de fluorescência transitória é a principal substância de estudo após a exposição à fonte de luz pulsada, sinais de fluorescência/A força varia com o tempo, detecção geralsinais fluorescentes./Força(y)É hora.(x)funções. Espectro de fluorescência transitória também conhecido como curva de vida de fluorescência/Espectro de fluorescência de resolução temporal(TRPL)No campo da fluorescência transitória, a vida de fluorescência é uma interpretação específica do espectro de fluorescência de distinção temporal, que é definida como o tempo médio necessário para uma matéria fluorescente voltar do estado excitado ao estado base e liberar fótons fluorescentes depois de ser excitada para o estado excitado após absorver a energia da luz. É a propriedade temporal central do fenômeno fluorescente, refletindo a interação das moléculas fluorescentes com o microambiente ao seu redor, com um valor científico e aplicativo importante. Em comparação com os sinais obtidos com a fluorescência estável, que refletem o comportamento médio do sistema de partículas excitadas, a medição da vida da fluorescência fornece informações diretas sobre a dinâmica da decadência molecular no estado excitado. O primeiro indica principalmente a ocorrência de um processo fotofísico específico ou reação química, enquanto o último é capaz de revelar em profundidade os mecanismos físicos específicos que levam ao processo a ocorrer, analisando a constante de taxa da relaxação do estado excitatório.

Aplicações de espectroscopia de fluorescência transitória de estado estável

1.materialCiência

Em aplicações de medição de propriedades luminosas de materiais semicondutores, geralmente a fluorescência é gerada por excitação a laser, usando espectroscopia de fluorescência para analisar as propriedades ópticas do material, monocamadaMoS₂Devido à forte fluorescência das propriedades da brecha de banda direta Z, com o aumento do número de camadas transformadas em brechas de banda indiretas que levam à diminuição da fluorescência, pode ser dePLEspectro julgávelMOS2Número de camadas.(Referência)：Krishnaet al.,Nanoscala, 2014, 6, 13028–13035；）

Gráfico2 Espectro de fluorescênciacom imagensparaMOS2Análise Qualitativa de Filmes

Sobre o depósito de vácuoCH₃NH₃PbI₃（o eMAPIEstudo de películas de perovskite, fluorescência estável e fluorescência transitóriaTecnologia espectraldesempenha um papel complementar e fundamental.- É.Conjuntamente revelado a película de perovskite sedimentado a vácuo (o eMAPIA ligação intrínseca entre as propriedades físicas da luz e o desempenho do dispositivo.Gráfico3. (A)As medições de estágio estável indicam que, com base emo eMAPICélulas solares atingem até20.6%eficiência de conversão e1,16 VA tensão de circuito aberto demonstra sua excelente qualidade de fase corporal, mas isso contradiz a visão convencional de que a vida de fluorescência média e longa é uma premissa de alta eficiência, porqueo eMAPIA vida de fluorescência é muito curta.Figura.3. (B)A tecnologia de fluorescência transitória como meio de análise central resolve essa contradição. O experimento confirmou primeiro.o eMAPIVida de fluorescência curta (aproximadamente0,75 nsPosteriormente, através de experimentos de passivação de superfície, a vida após a passivação foi significativamente prolongada para73,5 nsIsso demonstra conclusivamente que a sua curta vida não é causada pela composição não-radiante da fase corporal, mas sim pela rápida composição não-radiante da superfície da película fina.

（Referências：Juboket al.,J. Phys. Química. Lett. 2019,10,5167-5172）

Gráfico3 Não passivaçãocomEm caso de passividade,o eMAPICamada de vidrofluorescência transitória.

Substrato como doisMateriais DimensionaisEstrutura de suporte de contato estreito, seu efeito de doping vizinho pode ser regulado significativamenteMateriais DimensionaisCaracterísticas ópticas. Os pesquisadores utilizam a tecnologia de microscópio de imagem de vida fluorescente para ilustrar os efeitos de doping vizinhos diretamenteregulamentaçãoMoS₂Processo de geração de fluxos de carga média e dinâmica composta. Especificamente,ITOSobre o substrato.MoS₂Demonstrou uma vida significativa do transportador e uma vida de fluorescência reduzida. Isso se deve ao aumento da densidade do veículo e à maior probabilidade de captura de cargas eletricas por defeitos no material, que permite que os veículos capturados permaneçam por mais tempo, reduzindo sua contribuição para a transmissão de cargas e aumentando a probabilidade de compostagem, o que abrevia a vida útil do veículo. Tecnologia de caracterização de detecção de fluorescência transitória de estado estável revela o substrato para doisMateriais DimensionaisMecanismo de regulação de propriedades fotoelétricas para projetar e otimizar o alto desempenho para o futuroMateriais DimensionaisOs dispositivos fotoelétricos abrem novos caminhos, com importantes implicações científicas e perspectivas de aplicação. (Referência: Locet al.,Laser & Fotônica Comentários.2025.e00682）

Gráfico4 Camada únicaMoS2 éEm diferentes substratos(a)Propriedades fluorescentesb)Resultados do experimento de imagem de vida fluorescente

2.Biomedicina

A espectroscopia fluorescente tem a vantagem de monitorar a prevenção precoce e o diagnóstico de doenças com testes não destrutivos. A amostra de câncer do colo do útero é detectada por espectroscopia fluorescente, a alta sensibilidade do seu espectro pode refletir anormalidades metabólicas celulares e detectar pequenas lesões difíceis de detectar por patologia tradicional (referência:Jeonget al.,Jornal deBiofotônica2018; 11(5):e201700245）

Gráfico5. Uma lesão pré-cancerosa.CINIIIPacientes que apresentam diferenças na morfologia do tecido em duas partes diferentes,Umpara Shangnão doente,O BPara doenças.O CeDDemonstrar propriedades espectrais consistentes

Além disso, a espectroscopia de fluorescência transitória e sua imagem de vida fluorescente sobre as células tumoraisdoO diagnóstico também fornece uma base para uma rápida,Sensível e levemente invasivoO diagnóstico auxiliar geralmente funciona em conjunto com dispositivos médicos como o endoscópio.CamMostrar o potencial de aplicação do espectro de fluorescência transitória de estado estável.

Gráfico6. Microimagem de vida fluorescente na área de intersecção tumoral em pacientes com câncer de pulmão

3.Farmacocinética

Com base em espectro de fluorescência estável e transitório, com alta luminosidadeCA/EDA-CDsComo uma sonda, sim.· OHResposta fluorescente seletiva. Por meio de testes de fluorescência, a monitorização da amônica-alcalina (um expansor bronquial baseado em amarelina) foi realizada,CA/EDA-CDsMostra alta produtividade quântica (56.56%e seu pico de lançamento450 nmMantenhaEstabilidade, demonstrando sua independência de excitação e sua vantagem como sonda, gravado com espectrômetro de fluorescência transitórioCA/EDA-CDsDeclínio da vida, mostrando-se· OHApós a introdução do sistema de conjugação destruído, a vida média de fluorescência de15,11 nsBaixar para12,08 nsMostrar· OHinduz a dissipação de energia não radiante.TCSPCQuantificamos o impacto dinâmico deste processo na dinâmica do estado excitado.- É.(Referência:Yifet al.,Materiais Hoje Bio 33:102019）

Gráfico7. （Umsondas eFe-XODSistema de catálise enzimática para a detecção de amônia (AMP(Análise de viabilidade). （O Bressonância eletrônica (ESR). （O C(UV)-espectro de absorção visível. （D）CA/EDA-CDsEsquema do processo de emissão de fluorescência e porFe²⁺+XODCatáliseAMPgerado· OHcausadoCA/EDA-CDsPode trazer mudanças estruturais e mecanismo de extinção súbita de fluorescência.(E)CA/EDA-CDs, CA/EDA-CDs+AMP, CA/EDA-CDs+XOD, CA/EDA-CDs+Fe² ⁺+XODeCA/EDA-CDs+Fe² ⁺+ AMP do XOD+Curva de decadência da vida fluorescente.

4.Sondas fluorescentes

A combinação de tecnologias de espectroscopia de fluorescência de estado estável e transitório fornece meios analíticos multidimensionais e profundos para o desenvolvimento e otimização de sondas de fluorescência.No estudo,Através da tecnologia de espectroscopia de fluorescência estável e transitória研究É.8-Metoxil-3-CarboxietiloFeijões (8EMOHCCComportamento fluorescente de aniamina em diferentes solventes- É.Medição de fluorescência estávelComo ilustrado8.（O B(mostrado)À medida que a concentração de amina aumenta,8EMOHCCA intensidade da fluorescência diminuiu significativamente, mas a forma espectral e os picos não foram deslocados, indicando a formação de complexos de radicais inactivos- É.EstabilidadeS-VCurvas lineares em todos os solventes, com características de extinção dinâmica e constante de extinçãoKSVO aumento não linear da constante dielétrica do solvente indica que a polaridade do solvente afeta a eficiência de extinção súbita através da regulação do processo de transferência de carga.

Experiência de fluorescência transitóriaComo ilustrado8.（O Cmostrado,A curva de decadência da vida da fluorescência foi registrada através da técnica de contagem de fotões únicos relacionada ao tempo e a decadência foi descobertaÍndice de apresentaçãoforma, demonstrando que o processo de extinção repentina é uniforme. TransitórioS-VCurvas iguais.Linear, confirmando ainda que a extinção é dinâmica dominante. Através da ligação de estado estável e fluorescência transitória sob o sistema multi-solvente, é claro8EMOHCCO mecanismo de extinção súbita é um processo dinâmico em sinergia de difusão e ativação e revela o papel fundamental da constante dielétrica do solvente. Este método e conclusões têm um valor de referência importante para o projeto de sondas fluorescentes, a pesquisa de interações biomoléculares e a exploração de mecanismos fotofísicos.(Referência:Keerthanaet al.,JFluoresc(2021) 31:393–400）

Gráfico8. （Um）8EMOHCCEstrutura molecular(O quê?)O B）8EMOHCCEspectro fluorescente típico de diferentes concentrações de anilamina em solventes propanol(O quê?)O C）8EMOHCCDeclínio fluorescente com diferentes concentrações de anilamina em solventes propanolluzEspectro- É.

5.Monitoramento Ambiental

A coexistência de vários poluentes em uma matriz ambiental complexa representa uma ameaça significativa aos ecossistemas e à saúde pública.Através das características fluorescentesO pico podeTriagem rápida e sensível dos poluentes alvo, utilizando nanoagrupamentos de lisína e cobre, nanoagrupamentos de cisteína e nanoagrupamentos de cobre de aminoácidos para unir três ligantes únicosNanoagremos de cobre de força de paz (Cu NCsCombinado com algoritmos de aprendizado de máquina, é possível distinguir vários íons de metais pesados e pesticidas. (Referência:Vargheseet al.,Biosensores e Bioeletrônica,2025,287(117706)）

Gráfico9. Três tipos de nano cobreClusterE seu espectro de excitação fluorescente, espectro de emissão

6.Segurança alimentar

Na ciência dos alimentos,FlúorTecnologia de espectroscopia óptica como uma ferramenta analítica rápida e sem danos, aplicada sistematicamente para monitoramentoEm comidaAlterações na composição química. Como ilustrado10mostrado,Dados espectrais obtidos em diferentes momentos durante a acidificação do leite através de varredura sincronizada e estimulação de ponto fixopassandoAlterações espectrais na análise das alterações químicas durante a acidificação do leiteMais uma vez.Construir modelos lineares de indicadores de fluorescência e acidez para previsões precisas do grau de acidificação，Fornece uma base teórica para o desenvolvimento de equipamentos de monitoramento em tempo real para o controle e otimização da qualidade na indústria láctea.(Referência:Sudhakaret al.,Agricultura 2023, 13, 1054）

Gráfico10. O leite é excitado pela luz.fluorescênciaCaracterísticas espectrais

Espectroscopia de fluorescência é usada como meio de análise principal para investigar os primeirosPressionarazeite (EVOOPropriedades fluorescentes induzidas por laser e problemas de identificação de falsificação. Adoção de pesquisade 405 nmOndas contínuas (CWLaser de diodo como fonte de luz de excitação, o sistema mediuEVOOe suas amostras falsificadas (por exemplo, misturadas com óleo de girassol)AssimEspectro de fluorescência em diferentes ângulos de detecção. Análise da distribuição de intensidade do espectro fluorescente eAlteração espectralOs pesquisadores identificaramEVOOFluoróforos principais (como derivados da clorofila, carotenóides e vitaminas)E(Contribuição- É.(Referência:Duonget al.,Revista Microquímica 214 (2025) 114023）

Gráfico11. （UmAzeite de oliva falsificado)O B）Primeiro nívelPressionarAmostras de azeiteEm405nmexcitação a laser.fluorescênciaEspectroeEspectro detectado em diferentes ângulos de detecçãoe sua análise