zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences10.47612/0514-7506-2022-89-3-360-368zhps-1052Research ArticleСтатьиРасчет параметров индуктивно-резонансного переноса энергии в наносферах, содержащих квантовые точки CdSe/ZnS и диарилэтенCalculation of the Förster Resonance Energy Transfer Parameters in Nanospheres Containing CdSe/ZnS Quantum Dots and DiaryletheneКарпачП. В.KarpachP. V.

Гродно

Grodno

pavel_karpach@mail.ruМаскевичС. А.MaskevichS. A.

Минск

Minsk

ВасилюкГ. Т.VasilyukG. T.

Гродно

Grodno

БритиковВ. В.BritikovV. V.

Минск

Minsk

УсановС. А.UsanovS. A.

Минск

Minsk

ХузинА. А.KhuzinA. A.

Уфа

Ufa

АртемьевМ. В.ArtemievM. V.

Минск

Minsk

Гродненский государственный университет имени Янки КупалыYanka Kupala Grodno State UniversityМеждународный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова Белорусского государственного университетаBelarusian State University, ISEI Belarusian State UniversityИнститут биоорганической химии НАН БеларусиInstitute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут нефтехимии и катализа Российской АНInstitute of Petrochemistry and Catalysis of the Russian Academy of SciencesИнститут физико-химических проблем Белорусского государственного университетаResearch Institute of Physical and Chemical Problems of the Belarusian State University202225052022893360368Copyright © Карпач П.В., Маскевич С.А., Василюк Г.Т., Бритиков В.В., Усанов С.А., Хузин А.А., Артемьев М.В., 20222022Карпач П.В., Маскевич С.А., Василюк Г.Т., Бритиков В.В., Усанов С.А., Хузин А.А., Артемьев М.В.Karpach P.V., Maskevich S.A., Vasilyuk G.T., Britikov V.V., Usanov S.A., Khuzin A.A., Artemiev M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1052

Представлен анализ теоретических модельных исследований фотохромных систем с обратимой модуляцией флуоресценции на основе полимерных наносфер, содержащих полупроводниковые квантовые точки (КТ) CdSe/ZnS и молекулы фотохромного диарилэтена ДАЭ2. На основе известных соотношений теории индуктивно-резонансного переноса энергии (FRET) построена модель эффективности модуляции флуоресценции КТ E(r), вызванной фотохромными превращениями находящихся вблизи молекул ДАЭ2, за счет механизма FRET. Определены границы оптимальных значений параметров, влияющих на эффективность модуляции флуоресценции за счет FRET. Рассчитана эффективность FRET E(r) при некоторых граничных значениях влияющих факторов. Показано, что E(r) ~ 0.7 можно достичь при расстояниях между донорами и акцепторами r = 4.5 нм, если на одну КТ с квантовым выходом флуоресценции Q = 0.4 приходится не менее n = 16 молекул ДАЭ2 (либо при Q = 0.8 и n = 8), а также при расстояниях r = 3 нм (при Q = 0.1 и n = 6, Q = 0.4 и n = 2, Q = 0.8 и n = 1). Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации структуры и технологии синтеза фотохромных люминесцентных наносфер.

An analysis of theoretical model studies of photochromic systems with reversible fluorescence modulation based on polymer nanospheres containing CdSe/ZnS semiconductor quantum dots (QDs), and photochromic diarylethene DAE2 molecules is presented. Based on the known relations of the theory of Förster resonance energy transfer (FRET), a model is constructed for the efficiency of modulation of QD fluorescence E(r) caused by photochromic transformations of DAE2 molecules located near them due to the FRET mechanism. The boundaries of the optimal values of the parameters that affect the efficiency of the fluorescence modulation due to FRET are determined. The efficiency of FRET E(r) is given for some boundary values of the influencing factors. It is shown that E(r) ~ 0.7 can be achieved at distances between donors and acceptors r = 4.5 nm, if one QD with a fluorescence quantum yield Q = 0.4 accounts for at least n = 16 DAE2 molecules (or at Q = 0.8 and n = 8), as well as at distances r = 3 nm (Q = 0.1 and n = 6; Q = 0.4 and n = 2; Q = 0.8 and n = 1). The results obtained can be used to optimize the structure and technology for the synthesis of photochromic luminescent nanospheres.

квантовая точкафлуоресценцияиндуктивно-резонансный перенос энергиимоделированиефотохромизмдиарилэтенполимерная наносфераquantum dotsfluorescenceFörster resonance energy transfermodelingphotochromismdiarylethenespolymer nanospheresРабота выполнена при поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Ф21РМ-134), Министерства образования Республики Беларусь (задание 1.5 ГПНИ “Фотоника и электроника для инноваций”, а также задание 2.1.04.01 ГПНИ “Химические процессы, реагенты и технологии, биорегуляторы и биооргхимия”).ReferencesJ. Zhang, Q. Zou, H. Tian. Adv. Mater., 25 (2013) 378—399J. Zhang, Q. Zou, H. Tian. Adv. Mater., 25 (2013) 378—399R. Klajn, J. F. Stoddart, B. A. Grzybowski. Chem. Soc. Rev., 39 (2010) 2203—2237R. Klajn, J. F. Stoddart, B. A. Grzybowski. Chem. Soc. Rev., 39 (2010) 2203—2237J. Cusido, E. Deniz, F. M. Raymo. Eur. J. Org. Chem., 13 (2009) 2031—2045J. Cusido, E. Deniz, F. M. Raymo. Eur. J. Org. Chem., 13 (2009) 2031—2045Y. Hasegawa, T. Nakagawa, T. Kawai. Coord. Chem. Rev., 254 (2010) 2643—2651Y. Hasegawa, T. Nakagawa, T. Kawai. Coord. Chem. Rev., 254 (2010) 2643—2651F. M. Raymo, M. Tomasulo. J. Phys. Chem. A, 109 (2005) 7343—7352F. M. Raymo, M. Tomasulo. J. Phys. Chem. A, 109 (2005) 7343—7352Molecular switches, Ed. B. L. Feringa, Weinheim, Wiley-VCH (2001) 37—60Molecular switches, Ed. B. L. Feringa, Weinheim, Wiley-VCH (2001) 37—60S. A. Díaz, G. O. Menéndez, M. H. Etchehon, L. Giordano, T. M. Jovin, E. A. Jares-Erijman. ACS Nano, 5 (2011) 2795—2805S. A. Díaz, G. O. Menéndez, M. H. Etchehon, L. Giordano, T. M. Jovin, E. A. Jares-Erijman. ACS Nano, 5 (2011) 2795—2805I. Yildiz, E. Deniz, F. M. Raymo. Chem. Soc. Rev., 38 (2009) 1859—1867I. Yildiz, E. Deniz, F. M. Raymo. Chem. Soc. Rev., 38 (2009) 1859—1867I. Yildiz, M. Tomasulo, F. M. Raymo. J. Mater. Chem., 18 (2008) 5577—5584I. Yildiz, M. Tomasulo, F. M. Raymo. J. Mater. Chem., 18 (2008) 5577—5584M. Irie, T. Fukaminato, K. Matsuda, S. Kobatake. Chem. Rev., 114 (2014) 12174—12277M. Irie, T. Fukaminato, K. Matsuda, S. Kobatake. Chem. Rev., 114 (2014) 12174—12277V. A. Barachevsky, O. V. Venidiktova, O. I. Kobeleva, A. M. Gorelik, A. O. Ayt, M. M. Krayushkin, A. R. Tameev, G. I. Sigeikin, M. A. Saveliev, G. T. Vasiluyk. IEEENANO-2015: Nanotechnology, Proc. IEEE (2015) 358—361V. A. Barachevsky, O. V. Venidiktova, O. I. Kobeleva, A. M. Gorelik, A. O. Ayt, M. M. Krayushkin, A. R. Tameev, G. I. Sigeikin, M. A. Saveliev, G. T. Vasiluyk. IEEENANO-2015: Nanotechnology, Proc. IEEE (2015) 358—361P. V. Karpach, A. A. Scherbovich, G. T. Vasilyuk, V. I. Stsiapura, A. O. Ayt, V. A. Barachevsky, А. R. Tuktarov, A. A. Khuzin, S. A. Maskevich. J. Fluoresc., 29, N 6 (2019) 1311—1320P. V. Karpach, A. A. Scherbovich, G. T. Vasilyuk, V. I. Stsiapura, A. O. Ayt, V. A. Barachevsky, А. R. Tuktarov, A. A. Khuzin, S. A. Maskevich. J. Fluoresc., 29, N 6 (2019) 1311—1320V. A. Barachevsky, O. I. Kobeleva, A. O. Ayt, A. M. Gorelik, T. M. Valova, M. M. Krayushkin, V. N. Yarovenko, K. S. Levchenko, V. V. Kiyko, G. T. Vasilyuk. Opt. Mater., 35 (2013) 1805—1809V. A. Barachevsky, O. I. Kobeleva, A. O. Ayt, A. M. Gorelik, T. M. Valova, M. M. Krayushkin, V. N. Yarovenko, K. S. Levchenko, V. V. Kiyko, G. T. Vasilyuk. Opt. Mater., 35 (2013) 1805—1809В. А. Барачевский, О. И. Кобелева, О. В. Венидиктова, А. О. Айт, Г. Т. Василюк, С. А. Маскевич, М. М. Краюшкин. Кристаллография, 64, № 4 (2019) 820—824 [V. A. Barachevsky, O. I. Kobeleva, O. V. Venidiktova, A. O. Ayt, G. T. Vasilyuk, S. A. Maskevich, M. M. Krayushkin. Crystallogr. Rep., 64, N 5 (2019) 823—827]В. А. Барачевский, О. И. Кобелева, О. В. Венидиктова, А. О. Айт, Г. Т. Василюк, С. А. Маскевич, М. М. Краюшкин. Кристаллография, 64, № 4 (2019) 820—824 [V. A. Barachevsky, O. I. Kobeleva, O. V. Venidiktova, A. O. Ayt, G. T. Vasilyuk, S. A. Maskevich, M. M. Krayushkin. Crystallogr. Rep., 64, N 5 (2019) 823—827]V. A. Barachevsky, O. V. Venidiktova, T. M. Valova, A. M. Gorelik, R. Vasiliev, A. Khuzin, A. R. Tuktarov, P. V. Karpach, V. I. Stsiapura, G. T. Vasilyuk, S. A. Maskevich. Photochem. Photobiol. Sci., 18 (2019) 2661—2665V. A. Barachevsky, O. V. Venidiktova, T. M. Valova, A. M. Gorelik, R. Vasiliev, A. Khuzin, A. R. Tuktarov, P. V. Karpach, V. I. Stsiapura, G. T. Vasilyuk, S. A. Maskevich. Photochem. Photobiol. Sci., 18 (2019) 2661—2665A. A. Scherbovich, S. A. Maskevich, P. V. Karpach, G. T. Vasilyuk, V. I. Stsiapura, O. V. Venidiktova, A. O. Ayt, V. A. Barachevsky, A. A. Khuzin, А. R. Tuktarov, M. Artemyev. J. Phys. Chem. С, 124 (2020) 27064—27070A. A. Scherbovich, S. A. Maskevich, P. V. Karpach, G. T. Vasilyuk, V. I. Stsiapura, O. V. Venidiktova, A. O. Ayt, V. A. Barachevsky, A. A. Khuzin, А. R. Tuktarov, M. Artemyev. J. Phys. Chem. С, 124 (2020) 27064—27070A. Fedosyuk, A. Radchanka, A. Antanovich, A. Prudnikau, M. A. Kvach, V. Shmanai, M. Artemyev. Langmuir, 32, N 8 (2016) 1955—1961A. Fedosyuk, A. Radchanka, A. Antanovich, A. Prudnikau, M. A. Kvach, V. Shmanai, M. Artemyev. Langmuir, 32, N 8 (2016) 1955—1961A. Sukhanova, K. Even-Desrumeaux, P. Chames, D. Baty, M. Artemyev, V. Oleinikov, I. Nabiev. Nat. Protoc. Protoc. Exch. (2012), doi: 10.1038/protex.2012.042A. Sukhanova, K. Even-Desrumeaux, P. Chames, D. Baty, M. Artemyev, V. Oleinikov, I. Nabiev. Nat. Protoc. Protoc. Exch. (2012), doi: 10.1038/protex.2012.042B. Wieb VanDerMeer. Methods Appl. Fluoresc., 8, N 3 (2020) 030401B. Wieb VanDerMeer. Methods Appl. Fluoresc., 8, N 3 (2020) 030401S. S. Vogel, T. A. Nguyen, B. W. van der Meer, P. S. Blank. PLoS One, 7, N 11 (2012) e49593S. S. Vogel, T. A. Nguyen, B. W. van der Meer, P. S. Blank. PLoS One, 7, N 11 (2012) e49593M. Hardzei, M. Artemyev, M. Molinari, M. Troyon, A. Sukhanova, I. Nabiev. Chem. Phys. Chem., 13 (2012) 330—335M. Hardzei, M. Artemyev, M. Molinari, M. Troyon, A. Sukhanova, I. Nabiev. Chem. Phys. Chem., 13 (2012) 330—335

The authors declare that there are no conflicts of interest present.