天然トマトリコピンの驚くべき非線形光学特性について

Jun 05, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 9078 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

新しい非線形光学 (NLO) 材料の開発に対する新たな関心に合わせて、天然リコピンの NLO 特性が科学文献で初めて報告されています。 その 1 次元共役π電子線形構造と相関して、天然リコピンは 2.65 10−6 esu もの大幅に上昇した 3 次非線形性 χ(3) を示し、これは調査された天然植物化合物の中で最大の値であることが示されています。 β-カロテンも含まれています。 可飽和吸収に加えて、リコピンで観察された対応する自己焦点ぼけ効果は、熱非線形性の結果であると考えられます。 可視スペクトル範囲で観察された蛍光と結合した非線形応答は、潜在的な光力学療法への応用と、新しいハイブリッドリコピンベースのNLOナノ材料の工学的可能性を示しています。

非線形光学 (NLO) 材料は、新しい NLO 材料の発見を目的とした継続的な集中研究にも関わらず、過去 20 年間にわたって徐々に進歩してきました 1、2、3。 このような新しい NLO 材料の研究は、とりわけロジック システム、全光スイッチング、周波数変換、光増幅、光双安定性、全光スイッチングなどにおける、差し迫った ICT 関連技術フォトニクス アプリケーションによって推進されています。 さらに、NLO 材料は、さまざまな最新の ICT テクノロジーにおけるエネルギー消費量の削減、速度および帯域幅の向上という課題に対処するための高速情報処理にとって重要な役割を果たしているため、極めて重要になりました。

NLO 材料は、非常に大きな 2 次または 3 次の光感受率 χ(2) または χ(3) を示します。 無機族と有機族を区別することができます。 無機物の中でも、ベータホウ酸バリウム (BaB2O4)、チタン酸バリウム (BaTiO3)、ニオブ酸リチウム (LiNbO3)、KH2PO3 (KDP)、タンタル酸リチウム (LiTaO3)、ニオブ酸カリウム (KNbO3) は、χ(2) 光スイッチングおよび周波数倍増材料です。何十年も研究されてきたもの。 有機物の中には、色素、ジメチルアミノニトロスチルベン、メチルニトロアニリン、ポリ BCMU、ポリジアセチレン、尿素 4 など、多数の χ(3) および χ(2) 有機材料があります。 有機分子は本質的に鎖であるため、多くの有機分子は容易に分極し、高次の感受性を示します。 有機材料の分極性は、芳香環の C-C 結合における非局在化した π 電子の移動度によって強化されることがよくあります。 同様に、ハイブリッド NLO 材料は、強い励起状態吸収を示すメタロフタロシアニンなどの有機成分と無機成分を組み合わせることによってさえ設計されています 5,6。

最初の有機 NLO 材料の中で、最初は天然化合物から得られたクマリンを選び出すことができます。 トンカビーン7. クマリン天然色素ファミリーは、調整可能なレーザー光源の最初のシリーズの起源でした。 色素レーザー源。 しかし、クマリン分子は非蛍光性であり、異なる位置の官能基が置換されると強い蛍光特性を示します。 クマリンに加えて、天然クロロフィルを含むいくつかの天然化合物が VIS および IR スペクトル範囲で顕著な NLO 応答を示すことが判明しました 8、9、10、11。

前述したように、半導体ポリマーなどの共役擬似 1 次元 π 電子系は、強化された 3 次 NLO 応答を示すことが示されました。 したがって、トマトの果実から抽出されたリコピンは、そのような 1 次元 π 電子電子構造 (図 1) を持っているため、χ(3) 応答も示すはずです。 実際、トマトの天然抽出物から得られるリコピンは、化学組成が C40H56 の 8 つのイソプレン分子からなるテルペンです。 トマト由来のリコピンは、π電子共役炭素鎖長分子です（図1）。 大きなカロテノイドファミリーの場合と同様、このような分子の主鎖は交互の炭素単結合と二重結合で構成されています12。 より正確には、リコピンはその主鎖に沿って 11 個の共役炭素二重結合を持ち、2 つの非共役二重結合を持ち、末端基はありません (図 1)。