Organic nanoparticles of malachite green with enhanced far-red emission: size-dependence of particle rigidity

文献情報

出版日 2015-03-23
DOI 10.1039/C5CP00031A
インパクトファクター 3.676
著者

Tomohito Funada, Takuya Hirose, Naoto Tamai, Hiroshi Yao


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要旨

In tracing the biological processes using fluorescent probes, it is desirable to shift the excitation/emission energy to a far-red/near-infrared (FR/NIR) region. In this study, we successfully synthesize FR fluorescent organic nanoparticles via ion-association between the malachite green (MG) cations and tetrakis(4-fluorophenyl)borate (TFPB) anions in the presence of a neutral stabilizing polymer. Binding of MG with TFPB results in the prominent appearance of an absorption band that can be assigned to an H-aggregate of MG. The fluorescence intensity as well as the fluorescence lifetime shows a significant increase with a decrease in the nanoparticle size. Since the MG dye is known as a local viscosity or environmental rigidity probe showing a rotational friction dependence of the excited state lifetime, we find that the rigidity of the organic nanoparticle is strongly size-dependent; that is, the smaller the size of the nanoparticle, the greater the rigidity of the nanoparticle. We also reveal that surface regions of the ion-based organic nanoparticles are more rigid than inner regions. The presence of H-aggregates that are almost non-fluorescent is the major origin of aggregation-caused quenching (ACQ) and still avoids the enhancement of the fluorescence quantum yield of the MG nanoparticles, so we develop a new approach to prevent H-aggregation inside the nanoparticle by incorporating photochemically inert, bulky phosphonium cations, which results in a 430-fold enhancement of its fluorescence yield. We believe that such a methodology will open up an avenue in the development of new types of fluorescent nanomaterials for many applications.

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Contents list

Front/Back Matter

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Back cover

Cover

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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