Роль механизма переноса энергии в наноинициаторе для ИК-индуцируемой полимеризации

Сотрудники Лаборатории полимеров для биологии ИБХ РАН совместно с коллегами из института ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН и других институтов продемонстрировали эффективную стратегию полимеризации фотоотверждаемых композиций (ФОК) с использованием наноинициатора на основе апконвертирующих наночастиц (UCNP), активируемого светом из ближнего ИК-диапазона спектра.

Образцы UCNP состава NaYF₄: Yb³⁺, Tm³⁺/NaYF₄, способные преобразовывать свет ближнего ИК диапазона спектра в УФ- и видимое излучение, были синтезированы для исследования механизма переноса энергии в паре донор-акцептор с коммерчески доступными фотоинициаторами, такими как LAP и Irgacure 369. Сродство к UCNP компонентов, отличающихся гидрофобностью, поддерживали с помощью диакрилата полиэтиленгликоля (ПЭГ-ДА). 

Для определения механизма резонансной передачи энергии было изучено время жизни фотолюминесценции UCNP в присутствии акцептора (LAP или Irgacure 369). Определено, что в случае ФОК, содержащей водорастворимый фотоинициатор LAP перенос энергии осуществляется по фотонно-опосредованному механизму (LRET), а в случае ФОК с нерастворимым в воде Irgacure 369 – за счет безызлучательного резонансного переноса (FRET). Продемонстрирована разница пространственного разрешения между полимерными структурами в зависимости от механизма передачи энергии. Разработанные ФОК, состоящие из UCNP, фотоинициатора и ПЭГ-ДА, могут выступать в качестве наноинициаторов для отверждения композиций с эндогенными гидрофильными биополимерами. Пример 3D-печати с помощью ближнего ИК излучения был продемонстрирован для метакрилированных гиалуроновой кислоты и желатина. 

Существенным преимуществом разработанной системы нанофотоинициирования является отсутствие предварительной модификации поверхности UCNP, независимость от растворимости фотоинициатора в воде, и, следовательно, расширение выбора биополимеров, вступающих в реакцию радикальной фотосшивки.

Работа опубликована в журнале Materials Today Advances.

Рисунок 1. Схематичная иллюстрация переноса энергии с апконвертирующей наночастицы на молекулу фотоинициатора по механизму безызлучательного резонансного переноса энергии (FRET) или фотонно-опосредованного переноса энергии (LRET). Формирование вокселя в фотоотверждаемой композиции с последующей полимеризацией в пикселе. В системе UCNP/LAP реализуется фотонно-опосредованный процесс передачи энергии, что приводит к увеличению размера пикселя. В случае UCNP/Irgacure 369 имеет место процесс FRET, запрещающий распространение фотонов в фотоотверждаемой композиции и приводящий к локализации полимеризации в размере вокселя. Изображение готовой полимерной структуры из желатина между покровными стеклами микроскопа. Масштабная линейка 5 мм.

Источник: ИБХ РАН.