J集合体

J凝集体は、超分子自己組織化の結果として溶媒や添加剤、濃度の影響下で凝集すると、吸収帯が長波長側にシフトし（深色シフト）、鋭さが増す（吸収係数が高くなる）タイプの染料です。^[1]この染料は、さらに狭い帯域での小さなストークスシフトによって特徴付けられます。J凝集体のJは、1936年にこの現象を発見したEE Jelleyに由来します。 ^{[2] [3]}この染料は、1937年にこのトピックについて独立して論文を発表したG. Scheibeにちなんで、Scheibe凝集体とも呼ばれます。^{[4] [5]}

Scheibe と Jelley はそれぞれ、エタノール中では染料PIC 塩化物が約 19,000 cm ⁻¹と 20,500 cm ⁻¹ (それぞれ 526 と 488 nm)に 2 つの広い吸収極大を示し、水中では 17,500 cm ⁻¹ (571 nm) に 3 つ目の鋭い吸収極大が現れることを観察しました。このバンドの強度は、濃度の増加と塩化ナトリウムの添加によりさらに増加し​​ます。PIC 塩化物の最も古い凝集モデルでは、個々の分子が超分子ポリマーを形成するコインのロールのように積み重ねられていますが、この凝集現象の真の性質はまだ調査中です。PIC 塩化物は平面分子ではないため、分析は複雑です。分子軸は積み重ねられた状態で傾く可能性があり、らせんパターンを形成します。他のモデルでは、染料分子はレンガ積み、はしご、または階段状に配向します。さまざまな実験で、J バンドは温度の関数として分割されることが判明し、濃縮溶液では液晶相が見つかり、CryoTEM では長さ 350 nm、直径 2.3 nm の集合ロッドが明らかになりました。

J会合体色素は、ポリメチン色素全般、シアニン、メロシアニン、スクアライン、ペリレンビスイミドで見つかっています。MITのスワガーと同僚が報告した特定のπ共役マクロサイクルもJ会合体を形成し、非常に高い発光量子収率を示すことがわかりました。^[6] 2020年には、有名なシアニン色素（TDBC）が室温で溶液中で発光量子収率（> 50%）が向上したことが報告されました。^[7]

J のような特性を示す分子 PIC 凝集体は、配列特異的な DNA 二本鎖鎖に自発的にテンプレート化されることが示されています。J ビットとして知られるこれらの DNA ベースの J 凝集体は、PIC J 凝集体を自己組織化して大規模な多機能 DNA スキャフォールドにするボトムアップ法として求められてきました。重要なことに、J ビットは、量子ドット^[8]やAlexa Fluor色素^[9]などの有機色素に近接するとエネルギー移動を行うことが観察されています。分子フォトニックワイヤ設計に基づくプロトタイプの DNA エネルギー移動アレイは、FRET を使用して励起子をエネルギー勾配に沿って段階的に移動させます。2 つの蛍光体間の FRET 効率は分離距離の 6 乗で減衰するため、これらのシステムの空間的制限は非常に制限されます。FRET ノード間に J ビットリレーを統合すると、このエネルギー損失の一部を回復できると仮定されています。理論的には、PICモノマーの密なパッキングと強固な配列により、遷移双極子の重ね合わせが可能になり、励起子が低損失で集合体の長さに沿って伝播できるようになります。^[10]

• H 凝集体では、蛍光が弱いか全くなく、浅色シフトが観察されます。