Фоторегулируемые супрамолекулярные системы представляют собой ансамбли молекул, способные изменять свою конформацию, агрегатное состояние или функциональную активность под воздействием света. Эти изменения происходят без разрыва ковалентных связей, что отличает их от традиционных фотохимических реакций, и основаны на обратимых нековалентных взаимодействиях: водородных связях, π-π взаимодействиях, ван-дер-ваальсовых силах, электростатических взаимодействиях и гидрофобных эффектах.
Ключевым элементом таких систем является фотоактивный модуль, способный подвергаться изомеризации, фотодиссоциации или электронному возбуждению под действием света определённой длины волны. Наиболее распространённые фотоактивные модули включают азобензолы, спирты и циклобутаны, диацетилены и фуллерены.
Фотохимическая изомеризация Азобензольные и стирильные соединения способны к транс–цис изомеризации под воздействием ультрафиолетового или видимого света. Такая изомеризация приводит к изменению геометрии молекулы, что модифицирует её способность к связыванию и самосборке.
Фотодиссоциация и фотоприсоединение Некоторые системы содержат фоторазрушаемые мостики или защитные группы, которые при освещении разрываются или присоединяются к целевым молекулам. Этот механизм используется для контроля высвобождения гостевых молекул из наноконтейнеров или для переключения активности каталитических центров.
Фотоиндуцированный перенос электрона В комплексе с фоточувствительными донорными и акцепторными системами свет инициирует перенос электрона, что изменяет зарядовую структуру комплекса и регулирует его сборку или диссоциацию.
Фотохромные циклы Использование фотохромных молекул, способных к обратимому переходу между двумя стабильными формами с различными спектральными и конформационными свойствами, позволяет создавать динамически управляемые супрамолекулярные материалы.
Молекулярные переключатели на основе азобензола Эти системы демонстрируют быстрый и обратимый контроль конформации и самосборки. Транс–цис изомеризация азобензола изменяет пространственное расположение функциональных групп, что влияет на кооперативные взаимодействия и формирование наноструктур.
Фоторегулируемые наноконтейнеры и капсулы Включают циклические олигомеры, клатраты и полициклические структуры, где свет служит ключом для высвобождения гостевых молекул или изменения пористости.
Светоуправляемые координационные комплексы Металлоорганические комплексы с фоточувствительными лигандами демонстрируют обратимое формирование и разрушение агрегатов, что позволяет регулировать каталитическую активность и селективность реакций.
Фоторегулируемые гидрогели и полимеры Полимерные сети с встроенными фотоактивными сегментами изменяют степень свёртывания, вязкость и пористость под воздействием света, что находит применение в контролируемом высвобождении лекарств и мягких робототехнических устройствах.
Супрамолекулярная фотокатализ Фоторегулируемые комплексы используются для управления скоростью и селективностью каталитических реакций, включая окисление, восстановление и фотополимеризацию. Свет может включать или отключать активные центры, обеспечивая высокую управляемость процесса.
Нанотехнологии и материалы с памятью Фоторегулируемые гидрогели и полимеры применяются для создания адаптивных поверхностей, умных покрытий и оптических устройств, где изменение светового потока меняет механические и оптические свойства.
Биомедицинские системы Наноконтейнеры, управляемые светом, позволяют контролируемое высвобождение лекарственных веществ, активацию фотодинамической терапии и управление клеточными процессами в реальном времени.
Молекулярная электроника Фотоактивные молекулы служат элементами логических операций и памяти в молекулярных устройствах, обеспечивая обратимое переключение проводимости и электронных состояний.
Основные ограничения связаны с стабильностью фотоактивных компонентов, их чувствительностью к фотодеградации и ограничениями проникновения света в объёмные системы. Разработка новых молекул с высокой фотостабильностью, обратимостью и точной селективностью остаётся ключевым направлением исследований. Усиление кооперативных эффектов и интеграция фоторегулируемых элементов в многоуровневые супрамолекулярные структуры открывает путь к созданию интеллектуальных материалов и адаптивных функциональных систем.