Excited-state dynamics of meso-tetrakis(sulfonatophenyl) porphyrin J-aggregates

The excited-state dynamics of free-base meso-tetrakis(sulfonatophenyl) porphyrin J-aggregates obtained by the Z-scan technique in femto- and picosecond time scales, along with UV-Vis spectroscopy and flash photolysis is reported. Besides obtaining the S-1 state lifetime, the discrimination between internal conversion and intersystem crossing nonradiative processes from that state was also possible, and their rates and respective quantum yields were found. The aggregates present reverse saturable absorption at 532 nm for both singlet and triplet excited states. The data shown is important for several applications such as optical limiting, photodynamic therapy and others. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Interaction of the meso-tetrakis (4-N-methylpyridyl) porphyrin with gel and liquid state phospholipid vesicles

The interaction of the cationic meso-tetrakis 4-N-methylpyridyl porphyrin (TMPyP) with large unilamellar vesicles (LUVs) was investigated in the present study. LUVs were formed by mixtures of the zwitterionic 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-phosphatidylcholine (DPPC) and anionic 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoglycerol (DPPG) phospholipids, at different DPPG molar percentages. All investigations were carried out above (50 degrees C) and below (25 degrees C) the main phase transition temperature of the LUVs (similar to 41 degrees C). The binding constant values, K-b, estimated from the time-resolved fluorescence study, showed a significant increase of the porphyrin affinity at higher mol% DPPG. This affinity is markedly increased when the LUVs are in the liquid crystalline state. For both situations, the increase of the K-b value was also followed by a higher porphyrin fraction bound to the LUVs. The displacement of the vesicle-bound porphyrins toward the aqueous medium, upon titration with the salt potassium chloride (KCl), was also studied. Altogether, our steady-state and frequency-domain fluorescence quenching data results indicate that the TMPyP is preferentially located at the LUVs Stern layer. This is supported by the zeta potential studies, where a partial neutralization of the LUVs surface charge, upon porphyrin titration, was observed. Dynamic light scattering (DLS) results showed that, for some phospholipid systems, this partial neutralization leads to the LUVs flocculation. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Spin coherence generation in negatively charged self-assembled (In,Ga)As quantum dots by pumping excited trion states

Spin coherence generation in an ensemble of negatively charged (In,Ga)As/GaAs quantum dots was investigated by picosecond time-resolved pump-probe spectroscopy measuring ellipticity. Robust coherence of the ground-state electron spins is generated by pumping excited charged exciton (trion) states. The phase of the coherent state, as evidenced by the spin ensemble precession about an external magnetic field, varies relative to spin coherence generation resonant with the ground state. The phase variation depends on the pump photon energy. It is determined by (a) pumping dominantly either singlet or triplet excited states, leading to a phase inversion, and (b) the subsequent carrier relaxation into the ground states. From the dependence of the precession phase and the measured g factors, information about the quantum dot shell splitting and the exchange energy splitting between triplet and singlet states can be extracted in the ensemble.

Silicon(IV) phthalocyanine-loaded-nanoparticles for application in photodynamic process

The aim of this study was to evaluate the potential application of biodegradable nanoparticles containing a photosensitizer in photodynamic therapy. The poly (D,L lactic-co-glycolic acid) nanoparticles were studied by steady-state techniques, time-resolved fluorescence, and laser flash photolysis. The external morphology of the nanoparticles was established by scanning electron microscopy, and the biological activity was evaluated by in vitro cell culture by 3-(4,5 dimethylthiazol-2,5 biphenyl) tetrazolium bromide assay. The particles were spherical in shape exhibiting a 435 nm diameter with a low tendency to aggregate. The loading efficiency was 77%. The phthalocyanine-loaded-nanoparticles maintained their photophysical behavior after encapsulation. The cellular viability was determined, obtaining 70% of cellular death. All the performed physical-chemical, photophysical, and photobiological measurements indicated that the phthalocyanine-loaded-nanoparticles are a promising drug delivery system for photodynamic therapy and photoprocesses. (C) 2012 Laser Institute of America.

Down-conversion process in Tb3+-Yb3+ co-doped Calibo glasses

The down-conversion process in Tb3+-Yb3+ co-doped Calibo glasses was studied. The emission, excitation and time-resolved measurements indicated the existence of an energy conversion through the excitation of Tb3+ ions to near-infrared emission by Yb3+ ions. The emission intensity dependence on excitation power confirms that the one-photon process is responsible for the Yb3+ emission. An enhanced Yb3+ emission was observed with Yb3+ doping and an optimal energy transfer efficiency of 32% was obtained before reaching near-infrared emission quenching. The mechanism of the non-resonant energy transfer from Tb3+ to Yb3+ is discussed in terms of the Tb3+-Yb3+ cross-relaxation and multiphonon decay processes. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Near-infrared quantum cutting through a three-step energy transfer process in Nd3+-Yb3+ co-doped fluoroindogallate glasses

The Nd3+-Yb3+ couple was investigated in fluoroindogallate glasses using optical spectroscopy to elucidate the energy transfer mechanisms involved in the downconversion (DC) process. Upon excitation of a Nd3+ ion by an ultraviolet photon, DC through a three-step energy transfer process occurs, in which the energy of the ultraviolet photon absorbed by the Nd3+ ion is converted into three infrared photons emitted by Yb3+ ions, i.e. quantum cutting (QC). In addition, with excitation in the visible, our results confirm that the DC process occurs through a one-step energy transfer process, in which the energy of a visible photon absorbed by the Nd3+ ion is converted into only one infrared photon emitted by an Yb3+ ion. Time-resolved measurements enabled the estimation of the efficiencies of the cross-relaxation processes between Nd3+ and Yb3+ ions.

Efficacy of graded activity versus supervised exercises in patients with chronic non-specific low back pain: protocol of a randomised controlled trial

Abstract Background Low back pain is a relevant public health problem, being an important cause of work absenteeism worldwide, as well as affecting the quality of life of sufferers and their individual functional performances. Supervised active physical routines and of cognitive-behavioral therapies are recommended for the treatment of chronic Low back pain, although evidence to support the effectiveness of different techniques is missing. Accordingly, the aim of this study is to contrast the effectiveness of two types of exercises, graded activity or supervised, in decreasing symptoms of chronic low back pain. Methods/design Sample will consist of 66 patients, blindly allocated into one of two groups: 1) Graded activity which, based on an operant approach, will use time-contingent methods aiming to increase participants’ activity levels; 2) Supervised exercise, where participants will be trained for strengthening, stretching, and motor control targeting different muscle groups. Interventions will last one hour, and will happen twice a week for 6 weeks. Outcomes (pain, disability, quality of life, global perceived effect, return to work, physical activity, physical capacity, and kinesiophobia) will be assessed at baseline, at treatment end, and three and six months after treatment end. Data collection will be conducted by an investigator blinded to treatment allocation. Discussion This project describes the randomisation method that will be used to compare the effectiveness of two different treatments for chronic low back pain: graded activity and supervised exercises. Since optimal approach for patients with chronic back pain have yet not been defined based on evidence, good quality studies on the subject are necessary. Trial registration NCT01719276

Synthesis of self-assembled tubes in direct conjugated porphyrin-gold nanohybrid solution

We report on the formation of self-assembled meso-tetrakis (p-sulfonatofenyl) porphyrin (H2 TPP'S POT. 4-''IND. 4') tubes stabilized by gold nanoparticles (NPs) in basic solution and on their spectroscopic chareterization. The role of the gold NPs in the aggregation dynamics of free-base sulfonated porphyrin (H2TPP'S POT. 4-''IND. 4') is also investigated. The direct conjugation of the gold NPs to the H2TPPS4 molecule quenches the fluorescence intensity, while absorption peaks are blue-shifted, indicating predominant H-type aggregation. It is observed that porphyrin molecules adsorbed on the surface of the gold NP interact and form tubes of maximum diameter ∼1.5 μm and length >100 μm. Steady-state and time-resolved spectroscopic techniques confirm nonradiative energy transfer from porphyrin to gold NP.

Dynamics of photoexcited carriers in the presence of disorder in radial heterostructured GaAs/AlGaAs/GaAs nanowires

Time-resolved photoluminescence was employed to study electron-hole dynamics in radial heterostructured GaAs/AlGaAs/GaAs core/inner shell/outer shell nanowires. It was found that impurity random potential results in a red shift of the recombination time maximum with respect to the photoluminescence peak energy.

Präparation eines reinen metastabilen 7 Li +-Ionenstrahls für die Präzisionsspektroskopie im Speicherring

An dem Schwerionenspeicherring TSR (MPI für Kernphysik, Heidelberg) wurde ein 7 Li +-Ionenstrahl geringer Dichte durch RF-Bunchen und Laserkühlung präpariert.Die Phasenraumverteilung in dem Strahl wurde durch Laser- spektroskopie an Ionen im metastabilen Zustand untersucht. Ein umlaufsynchrones, zeitaufgelöstes Meßverfahren für das Fluoreszenzlicht ermöglichte die Bestimmung der räumlichen Struktur mit dieser rein optischen Methode.Durch einen speziellen Präparationsschritt wurden die Ionen im Grundzustand aus dem Speicherring entfernt. Der sonst dominierende Heizeffekt der strahlinternen Streuung war dadurch vernachlässigbar und es konnte eine Temperatur von 160 mK erreicht werden.Der präparierte Ionenstrahl bietet besondere Eigenschaften im Hinblick auf Präzisionsexperimente, bei denen mit möglichst ungestörten Ionen gearbeitet werden soll. Es wird gezeigt, daß die Phasenraumverteilung der Ionen nicht mehr durch Ion-Ion-Wechselwirkungen bestimmt ist und daß der verbleibende Heizmechanismus durch die Streuung am Restgas erklärt werden kann.1993 wurde durch Laserspektroskopie an 7 Li + im TSR die spezielle Relativitätstheorie im Hinblick auf die relativistische Zeitdilatation experimentell getestet. In diesem Zusammenhang wird das zu erwartende Ergebnis eines Experimentes diskutiert, das, basierend auf den in dieser Arbeit vorgestellten Verfahren, einen erneuten Test der relativistischen Zeitdilatation mit verbesserter Genauigkeit durchführen könnte.

Rylenfarbstoffe in nanoskopischen Systemen

ZusammenfassungDurch die Funktionalisierung des Chromophors Tetraphenoxyperylendiimid mit vier Ethinylgruppen stand ein Farbstoff zur Verfügung, welcher sich als Kernmolekül für den Aufbau von Polyphenylendendrimeren eignet. Ausgehend von dem Farbstoffkern wurden drei Dendrimergenerationen synthetisiert. Durch die Dendronisierung wird die Aggregation des zentralen Farbstoffs im Festkörper verhindert, weshalb das G1-Dendrimer als aktive Schicht in LED´s eingesetzt wurde und zur Verbesserung dieser Bauelemente führte. Weiterhin wurde auch die Oberfläche der Polyphenylendendrimere mit 4, 8 bzw. 16 Perylenmonoimidfarbstoffen funktionalisiert. Durch zeitaufgelöste Absorptions- und Emissionsmessungen und Einzelmolekülspektroskopie des G2-Dendrimers wurde ein photophysikalisches Modell des multichromophoren Systems entwickelt.Neben Polyphenylendendrimeren dienten auch Emulsionspolymerisate, Miniemulsionspolymerisate und Halbleiterkristalle als nanoskopische Trägermaterialien für Rylenfarbstoffe. Für die Anknüpfung an Lartices wurden amino- und styrylfunktionalisierte Perylen- und Terrylenchromophore dargestellt, was zu einer statistischen Verteilung der Farbstoffe auf der Oberfläche bzw. im Inneren führte. Außerdem wurden Rylenfarbstoffe als stabile Fluoreszenzmarkierung von Metallocenkatalysatoren eingesetzt. Silica- und polymergeträgerte markierte Katalysatoren wurden zur Polymerisation von Ethylen verwendet und lieferten fluoreszente PE-Produkte, ohne Einfluß auf die Polymerisation zu nehmen. Zum Einen wurde mit Hilfe der Dotierung der heterogenen Polymerisationskatalysatoren der Verbleib des fragmentierten Trägermaterials in den PE-Produktpartikeln detektiert. Zum Anderen erlaubt der Einsatz unterschiedlich fluoreszierender Markierungsgruppen die Durchführung eines kombinatorischen Verfahrens zum Testen von Polymerisationskatalysatoren.

Grundlegende Untersuchungen zur Abbindereaktion von Zinkphosphatzement

Zusammenfassung Das Ziel der Arbeit bestand darin, mit der Aufklärung der Abbindereaktion von Zinkphosphatzement eine Grundlage für eine gezielte Modifikation bzw. Optimierung zu schaffen, insbesondere im Hinblick auf einen Einsatz als permanenter Füllungswerkstoff. Über den Abbindechemismus war bislang lediglich bekannt, daß es sich bei den primär gebildeten Reaktionsprodukten um röntgenamorphe Phasen handelt, die sich nach Wochen bzw. Monaten in das thermodynamisch stabile Reaktionsprodukt alpha-Hopeit (alpha-Zn3(PO4)2·4H2O) umwandeln.Im Rahmen der vorliegenden Arbeit gelang durch den Einsatz der Infrarot-Reflexionsspek-troskopie (DRIFT) die Identifikation von Dizink Cyclotetraphosphat-Octahydrat (Zn2P4O12·8H2O) als röntgenamorpher Vorläuferphase. Das kondensierte Phosphat ist hydrolyseempfindlich sowie thermodynamisch instabil. Mit Hilfe der zeitaufgelösten 1H NMR-Spektroskopie konnte gezeigt werden, daß bereits nach ca. 10 Minuten eine Phasenumwandlung (topochemische Disproportionierung) in ein zunächst röntgenamorphes Orthophosphat stattfindet. Mittels 31P Doppelquanten-NMR-Spektroskopie gelang der Nachweis, daß innerhalb des röntgenamorphen Bereiches lokal nahgeordnete (nanokristalline) Bereiche auftreten, deren Ordnung sich auf einer Längenskala von 10 bis 30 Å erstreckt. Die Nanokristallite unterliegen einem Wachstumsprozeß, der schließlich zu alpha-Hopeit-Kristallen mit Ausdehnungen im Mikrometerbereich führt. Die Ursache für die primäre Ausbildung röntgenamorpher Reaktionsprodukte kann zunächst gelösten Aluminophosphatkomplexen zugeordnet werden, die im Verlauf der Abbindereaktion zu anorganischen Polymeren aggregieren und damit als Kristallisationsinhibitoren fungieren.

Untersuchung der Strukturdynamik arbeitender F1-ATPase und ATP-Synthase aus Micrococcus luteus in Einzelschußexperimenten mit Synchrotronstrahlung

ZusammenfassungDie ATP-Synthase koppelt im Energiestoffwechsel der Zellen den Protonentransport über die biologische Membran mit der Synthese des energiespeichernden Moleküls ATP aus ADP und Phosphat. ATP-Synthasen bestehen aus 2 Subkomplexen, wobei der katalytische F1-Teil von der membranständigen Domäne abgelöst werden kann und nur zur ATP-Hydrolyse fähig ist. Der hochkooperative Reaktionsmechanismus der dreizentrigen ATP-Synthasen ist weitgehend unklar.Im Rahmen dieser Arbeit wurde der ATP-Synthasekomplex und ihr wasserlösliches katalytisches F1-Fragment aus Micrococcus luteus in präparativem Maßstab mittels chromatographischer Trennmethoden isoliert. Die Überprüfung der Funktionalität beider Enzyme erfolgte mit enzymatischen Methoden. Durch zeitaufgelöste Röntgenkleinwinkelstreuung wurde die Strukturdynamik der arbeitenden ATP-Synthase und ihres F1-Fragmentes aus Micrococcus luteus im Laufe des ATP-Hydrolysezyklus untersucht. Diese Methode diente zum Nachweis weiträumiger Konformationsänderungen innerhalb der arbeitenden Enzyme unter nativen physiologischen Bedingungen. Die zeitaufgelösten Streuexperimente fanden an der ESRF (Europäische Synchrotronstrahlungsquelle) in Grenoble (F) statt. Dort wurden für beide Enzyme im Laufe des ATP-Hydrolysezykus molekulare Bewegungen nachgewiesen. Als Referenz zu den zeitaufgelösten Messungen dienten statische Messungen zur Strukturuntersuchung der Proteine am schwächeren DESY. Anhand dieser Strukturdaten wurden Molekülmodelle der F1-ATPase und ATP-Synthase aus Micrococcus luteus konstruiert. Das Molekülmodell der F1-ATPase war die Grundlage zur Modellierung einzelner Teilschritte des ATP-Hydrolysezyklus bei 20°C. Die experimentellen Daten wurden mit einer Kippbewegung der membranseitigen Domäne der katalytischen b-Untereinheiten der F1-ATPase während des ATP-Hydrolysezyklus interpretiert.

Untersuchungen über das Schalten photochromer Indolinospirobenzopyrane

Zusammenfassung Im Rahmen dieser Arbeit wurden grundlegende Aspekte der Photomodulation der Aktivität von Biomolekülen behandelt. Im ersten Teil der Arbeit wurde ein Weg ausgearbeitet, photochrome Indolinospirobenzopyrane kovalent an Immunoglobulin G zu koppeln. Dazu wurde ein vollständig wässriges Verfahren entwickelt, was die Synthese eines noch nicht in der Literatur beschriebenen wasserlöslichen und gleichzeitig zur Kopplung befähigten Indolinospirobenzopyrans voraussetzte. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der spektroskopischen Charakterisierung einer Reihe von photochromen Indolinospirobenzopyranen. Zur Untersuchung der Kinetik des Schaltprozesses wurde die zeitaufgelöste, transiente Absorptionsspektroskopie eingesetzt. Die erhaltenen Daten wurden vor dem Hintergrund von in der Literatur postulierten Schaltmechanismen kontrovers diskutiert. Darüber hinaus wurden mit Hilfe der elektrooptischen Absorptionsmessung die Dipolmomente im Grundzustand und im ersten angeregten Zustand für eine Reihe von Indolinospirobenzopyranen bestimmt. Zur Durchführung der Messungen wurde die bestehende Apparatur zu Messung von photochromen Verbindungen im photostationären Gleichgewicht erweitert. Erwartungsgemäß wurden für die Merocyaninformen sehr große Dipolmomente um 18 Debye gefunden. Das Dipolmoment im ersten angeregten Zustand betrug dagegen nur etwa 12 Debye. Im Fall der Spiroformen war das Dipolmoment im Grundzustand klein (3-5 Debye), während es im ersten angeregten Zustand auf etwa 20 D anstieg.

Liquid crystalline oligofluorenes and their derivatives

Homo-oligofluorenes (OFn), polyfluorenes (PF2/6) and oligofluorenes with one fluorenenone group in the center (OFnK) were synthesized. They were used as model compounds to understand of the structure-property relationships of polyfluorenes and the origin of the green emission in the photoluminescence (after photooxidation of the PFs) and the electroluminescence (EL) spectra. The electronic, electrochemical properties, thermal behavior, supramolecular self-assembly, and photophysical properties of OFn, PF2/6 and OFnK were investigated. Oligofluorenes with 2-ethylhexyl side chain (OF2-OF7) from the dimer up to the heptamer were prepared by a series of stepwise transition metal mediated Suzuki and Yamamoto coupling reactions. Polyfluorene was synthesized by Yamamoto coupling of 2,7-dibromo-9,9-bis(2-ethylhexyl)fluorene. Oligofluorenes with one fluorenone group in the center (OF3K, OF5K, OF7K) were prepared by Suzuki coupling between the monoboronic fluorenyl monomer, dimer, trimer and 2, 7-dibromofluorenone. The electrochemical and electronic properties of homo-oligofluorenes (OFn) were systematically studied by several combined techniques such as cyclic voltammetry, differential pulse voltammetry, UV-vis absorption spectroscopy, steady and time-resolved fluorescence spectroscopy. It was found that the oligofluorenes behave like classical conjugated oligomers, i.e., with the increase of the chain-length, the corresponding oxidation potential, the absorption and emission maximum, ionization potential, electron affinity, band gap and the photoluminescence lifetime displayed a very good linear relation with the reciprocal number of the fluorene units (1/n). The extrapolation of these linear relations to infinite chain length predicted the electrochemical and electronic properties of the corresponding polyfluorenes. The thermal behavior, single-crystal structure and supramolecular packing, alignment properties, and molecular dynamics of the homo-oligofluorenes (OFn) up to the polymer were studied using techniques such as TGA, DSC, WAXS, POM and DS. The OFn from tetramer to heptamer show a smectic liquid crystalline phase with clearly defined isotropization temperature. The oligomers do show a glass transition which exhibits n-1 dependence and allows extrapolation to a hypothetical glass transition of the polymer at around 64 °C. A smectic packing and helix-like conformation for the oligofluorenes from tetramer to heptamer was supported by WAXS experiments, simulation, and single-crystal structure of some oligofluorene derivatives. Oligofluorenes were aligned more easily than the corresponding polymer, and the alignability increased with the molecular length from tetramer to heptamer. The molecular dynamics in a series of oligofluorenes up to the polymer was studied using dielectric spectroscopy. The photophysical properties of OFn and PF2/6 were investigated by the steady-state spectra (UV-vis absorption and fluorescence spectra) and time-resolved fluorescence spectra both in solution and thin film. The time-resolved fluorescence spectra of the oligofluorenes were measured by streak camera and gate detection technique. The lifetime of the oligofluorenes decreased with the extension of the chain-length. No green emission was observed in CW, prompt and delayed fluorescence for oligofluorenes in m-THF and film at RT and 77K. Phosphorescence was observed for oligofluorenes in frozen dilute m-THF solution at 77K and its lifetime increased with length of oligofluorenes. A linear relation was obtained for triplet energy and singlet energy as a function of the reciprocal degree of polymerization, and the singlet-triplet energy gap (S1-T1) was found to decrease with the increase of degree of polymerization. Oligofluorenes with one fluorenone unit at the center were used as model compounds to understand the origin of the low-energy (“green”) emission band in the photoluminescence and electroluminescence spectra of polyfluorenes. Their electrochemical properties were investigated by CV, and the ionization potential (Ip) and electron affinity (Ea) were calculated from the onset of oxidation and reduction of OFnK. The photophysical properties of OFnK were studied in dilute solution and thin film by steady-state spectra and time-resolved fluorescence spectra. A strong green emission accompanied with a weak blue emission were obtained in solution and only green emission was observed on film. The strong green emission of OFnK suggested that rapid energy transfer takes place from higher energy sites (fluorene segments) to lower energy sites (fluorenone unit) prior to the radiative decay of the excited species. The fluorescence spectra of OFnK also showed solvatochromism. Monoexponential decay behaviour was observed by time-resolved fluorescence measurements. In addition, the site-selective excitation and concentration dependence of the fluorescence spectra were investigated. The ratio of green and blue emission band intensities increases with the increase of the concentration. The observed strong concentration dependence of the green emission band in solution suggests that increased interchain interactions among the fluorenone-containing oligofluorene chain enhanced the emission from the fluorenone defects at higher concentration. On the other hand, the mono-exponential decay behaviour and power dependence were not influenced significantly by the concentration. We have ruled out the possibility that the green emission band originates from aggregates or excimer formation. Energy transfer was further investigated using a model system of a polyfluorene doped by OFnK. Förster-type energy transfer took place from PF2/6 to OFnK, and the energy transfer efficiency increased with increasing of the concentration of OFnK. Efficient funneling of excitation energy from the high-energy fluorene segments to the low-energy fluorenone defects results from energy migration by hopping of excitations along a single polymer chain until they are trapped on the fluorenone defects on that chain or transferred onto neighbouring chains by Förster-type interchain energy transfer process. These results imply that the red-shifted emission in polyfluorenes can originate from (usually undesirable) keto groups at the bridging carbon atoms-especially if the samples have been subject to photo- or electro-oxidation or if fluorenone units are present due to an improper purification of the monomers prior to polymerization.