فرآیند انتقال و جداسازی یک فرآیند اساسی در تبدیل انرژی است که امکان زندگی را بر روی کره زمین فراهم می‌کند. علاوه بر سلول‌های خورشیدی و فوتوکاتالیست‌ها، این فرآیند در عمل فتوسنتز نیز یافت می‌شود، زیرا که تولید انرژی را با جذب نور و سپس انتقال و تبدیل آن به انرژی شیمیایی امکان‌پذیر می‌سازد. با این حال، درک عمیق‌تر از انتقال و جداسازی در سطح مولکولی، یک چالش اساسی باقی مانده است، زیرا سرعت فرآیند انتقال شارژ ناشی از جذب نور بسیار سریع است و جداسازی بیش از چند فمتوثانیه طول نمی‌کشد.
یک تیم بین المللی محققان از دانشگاه تکنولوژی و طراحی سنگاپور (SUTD)، دانشگاه علم و صنعت Pohang و دانشگاه واندربیلت، با استفاده از فلورسنس در سیستم‌های مدل و بررسی تغییرات خروجی فلورسنت، شدت، طول عمر و طول موج و یک فرآیند انتقال و جداسازی شارژ جدید به نام شارژ اتم مولکولی پیچ‌خورده (TICS) کشف کردند. در مولکول‌های TICS، قطعات دهنده و گیرنده به صورت پویا پس از جذب نور و تغییر ساختاری، تغییر شکل داده و بنابراین پدیده شارژ را نشان می‌دهند.
فرایند TICS یک تغییر مکان دوطرفه و منحصر به فرد است که آن‌را از فرآیند مشابه انتقال یک جهته به نام انتقال TICT داخل مایع جدا می‌کند. در حالیکه TICT توسعه بسیاری از مواد و دستگاه‌های کاربردی مانند فلوئوروفورهای درخشان و فتوشاپی، خنک‌کننده‌های تیره، سنسورهای ویسکوزیته و سنسورهای قطبی را تسهیل کرده است، TICS راه جدیدی برای شیمیدانان برای ساخت پروب‌های فلورسنت منحصر به فرد و مفید در طیف گسترده‌ای از خانواده‌های شیمیایی فلوروفورها ارائه نموده است.
به عنوان مثال، پروب‌های فلورسنت TICS می‌تواند برای تشخیص گلوتاتیون، آنتی‌اکسیدان موجود در سلول گیاهان و حیوانات ( گلوتاتیون در حذف بسیاری از مواد شیمیایی سمی در سلول‌های بیولوژیک وجود دارد) مورد استفاده قرار گیرد. به طور مشابه، نوع دیگری از پروب مبتنی بر TICS به طور خاص ساخته شده که قادر به تشخیصphosgene، گاز بی رنگ و بسیار سمی است که در جنگ جهانی اول به عنوان یک عامل سلاح شیمیایی مورد استفاده قرار گرفت و می‌تواند به طور بالقوه در حملات تروریستی مورد استفاده قرار گیرد.
تحقیق در این زمینه اغلب بر اساس آزمون و خطا است. هم‌چنین محققان مطمئن شدند که طراحی این پروسه، یک عامل کلیدی در تحقیق محسوب می‌شود. در این تحقیق ابتدا داده‌های بزرگ و الگوی بین ساختار مولکولی و خواص فلورسنت بررسی می‌شوند. پس از درک این فرآیند TICS، طراحی پروب جهت پیشبرد این پروسه صورت می‌گیرد.
منابع:
Chi, W., Qiao, Q., Lee, R., Liu, W., Teo, Y.S., Gu, D., Lang, M.J., Chang, Y.T., Xu, Z. and Liu, X., 2019. Photoexcitation Induced Twisted Intramolecular Charge Shuttle (TICS). Angewandte Chemie.
Li, Y., Liu, T., Liu, H., Tian, M.Z. and Li, Y., 2014. Self-assembly of intramolecular charge-transfer compounds into functional molecular systems. Accounts of chemical research, 47(4), pp.1186-1198.
