Un agregado J es un tipo de colorante con una banda de absorción que se desplaza a una longitud de onda más larga ( desplazamiento batocrómico ) de creciente nitidez ( coeficiente de absorción más alto ) cuando se agrega bajo la influencia de un disolvente o aditivo o concentración como resultado de la autoorganización supramolecular . [1] El colorante se puede caracterizar además por un pequeño desplazamiento de Stokes con una banda estrecha. La J en J-agregado se refiere a EE Jelley, quien descubrió el fenómeno en 1936. [2] [3] El colorante también se denomina agregado de Scheibe en honor a G. Scheibe, quien también publicó de forma independiente sobre este tema en 1937. [4] [5]
Scheibe y Jelley observaron de forma independiente que en el etanol el colorante cloruro de PIC tiene dos máximos de absorción amplios en torno a 19.000 cm −1 y 20.500 cm −1 (526 y 488 nm respectivamente) y que en el agua aparece un tercer máximo de absorción agudo en 17.500 cm −1 (571 nm). La intensidad de esta banda aumenta aún más al aumentar la concentración y al añadir cloruro de sodio . En el modelo de agregación más antiguo para el cloruro de PIC, las moléculas individuales se apilan como un rollo de monedas formando un polímero supramolecular, pero la verdadera naturaleza de este fenómeno de agregación aún está bajo investigación. El análisis es complicado porque el cloruro de PIC no es una molécula plana. El eje molecular puede inclinarse en la pila creando un patrón de hélice. En otros modelos, las moléculas del colorante se orientan en forma de ladrillo, escalera o escalera. En varios experimentos se descubrió que la banda J se dividía en función de la temperatura, se encontraron fases de cristal líquido con soluciones concentradas y CryoTEM reveló barras agregadas de 350 nm de largo y 2,3 nm de diámetro.
Los colorantes de agregados J se encuentran con colorantes de polimetina en general, con cianinas , merocianinas , esquaraína y bisimidas de perileno . También se descubrió que ciertos macrociclos conjugados con π, informados por Swager y sus colaboradores en el MIT, formaban agregados J y exhibían rendimientos cuánticos de fotoluminiscencia excepcionalmente altos . [6] En 2020, se informó sobre un famoso colorante de cianina (TDBC) con un rendimiento cuántico de fotoluminiscencia mejorado (> 50%) en la solución a temperatura ambiente. [7]
Se ha demostrado que los agregados PIC moleculares que exhiben propiedades similares a las de J se transforman espontáneamente en cadenas dúplex de ADN específicas de la secuencia. Estos agregados J basados en ADN, conocidos como J-bits, han sido buscados como un método ascendente de autoensamblaje de agregados PIC J en andamiajes de ADN multifuncionales a gran escala. Esencialmente, se ha observado que los J-bits participan en la transferencia de energía cuando están cerca de puntos cuánticos [8] , así como de tintes orgánicos como los tintes Alexa Fluor . [9] Las matrices de transferencia de energía de ADN prototípicas, que se basan en el diseño de cable fotónico molecular, utilizan FRET para transferir excitones paso a paso a lo largo de un gradiente de energía. Dado que la eficiencia de FRET entre dos fluoróforos decae por su distancia de separación a la sexta potencia, las limitaciones espaciales de estos sistemas son muy limitadas. Se plantea la hipótesis de que la integración de relés J-bit entre nodos FRET permitiría recuperar parte de esta pérdida de energía. En teoría, el empaquetamiento denso y la alineación rígida de los monómeros PIC permiten la superposición de los dipolos de transición, lo que permite que los excitones se propaguen a lo largo del agregado con baja pérdida. [10]