Zweiphotonenabsorption und das Design von Zweiphotonenfarbstoffen

Abstract

Zwei Photonen sind besser als eines – dieser Grundsatz gilt für einen großen Bereich von Anwendungen von den Ingenieurwissenschaften bis hin zur Physiologie. Durch Fortschritte beim Verständnis des Phänomens der Zweiphotonenabsorption und bei der Entwicklung von Zweiphotonenfarbstoffen gewinnt das Forschungsgebiet schnell an Bedeutung.magnified imageGegenüber der herkömmlichen Einphotonenabsorption bietet die Zweiphotonenabsorption etliche Vorteile, die zu Anwendungen in der Mikroskopie und Mikrofabrikation, der optischen Leistungsbegrenzung, in Upconversion‐Lasern und dreidimensionalen Datenspeichern, der photodynamischen Therapie und der lokalisierten Freisetzung biologisch aktiver Spezies geführt haben. Diese Anwendungen haben wiederum die Entwicklung neuartiger Farbstoffe mit großen Zweiphotonenabsorptionsquerschnitten vorangetrieben. Dieser Aufsatz beginnt mit den theoretischen Grundlagen der Zweiphotonenabsorption, stellt die Vielfalt möglicher Anwendungen vor und beschreibt erste Struktur‐Eigenschafts‐Beziehungen, die als Leitlinien bei der Entwicklung effizienter Zweiphotonenfarbstoffe dienen können.

Isoindole and isomeric heterocyclic donating substituents in ruthenium(II)nitrosyl complexes with large first hyperpolarizabilities and potential two-photon absorption capabilities: a computational approach

“…Two kinds of molecules have gradually emerged as promising TPA candidates: dipolar and quadrupolar (centrosymmetric) molecules [3][4][5][6][7]. In the case of the present investigation, and while the complete understanding of the quantum mechanism involved in the NO· release is still being discussed by theorists [16], an electronic transition towards the strong withdrawing nitrosyl ligand has been identified as the first step of the NO· release process.…”

“…Indeed, several reviews have witnessed the considerable attention devoted to this intriguing phenomenon in relation to its relevant applications either as advanced optical materials, or in various fields of life sciences, such as biomedical imaging and photodynamic therapy [3][4][5][6][7].…”

Von Ein‐ zu Zwei‐Photonen‐Sonden: photoaktivierbare Reagentien, Aktuatoren und Photoschalter

“…Bei dipolaren nicht-zentrosymmetrischen Chromophoren führen die Ein-und Zwei-Photonen-Übergänge zum gleichen Endzustand, was bedeutet, dass das TPA-Maximum bei der doppelten Wellenlänge des OPA-Maximums liegt; bei symmetrischen quadrupolaren Chromophoren sind die Einund Zwei-Photonen-Übergänge verschieden. [7] Es gibt eine Reihe von Gründen, weshalb die TPA für die Bildgebung biologischer Materialien und die Aktivierung molekularer Sonden besonders gut geeignet ist. Die strukturellen Faktoren, die die Zwei-PhotonenAbsorption eines Moleküls beeinflussen, wurden ausführlich untersucht und sind gut verstanden; [7,8] TPA-Querschnitte kçnnen heute mit dem Computer mit recht hoher Präzision vorhergesagt werden.…”

“…[7] Es gibt eine Reihe von Gründen, weshalb die TPA für die Bildgebung biologischer Materialien und die Aktivierung molekularer Sonden besonders gut geeignet ist. Die strukturellen Faktoren, die die Zwei-PhotonenAbsorption eines Moleküls beeinflussen, wurden ausführlich untersucht und sind gut verstanden; [7,8] TPA-Querschnitte kçnnen heute mit dem Computer mit recht hoher Präzision vorhergesagt werden. [9] Die Schlüsselparameter für eine hohe Zwei-Photonen-Absorption sind ausgedehnte Elektronenkonjugation (Abbildung 2) und die Gegenwart von starken Donor-und/oder Akzeptorpaaren, die einen starken internen Ladungstransfer (ICT; internal charge transfer) vermitteln (Abbildung 2).…”

“…Erreichen lässt sich dies durch die Einführung von Ringen oder durch Komplexierung und konformative Versteifung eines flexiblen Chromophors (Abbildung 3). [13] Andere Parameter sind die Molekülsymmetrie und die Gegenwart von mehrfach verzweigten oder oligomeren Strukturen, die "kooperative Effekte" [7] und damit eine Verstärkung der TPA induzieren kçnnen. Zum Beispiel verstärkt in quadrupolaren Chromophoren der allgemeinen Struktur…”