Luminescent compounds with Delayed Fluorescence in Aggregate State for Imaging Applications

Visual stimulation through colour is one of the most powerful tools to get and process information easily. In the world of chemical compounds, this type of knowledge could be reached using fluorescence. However, a major disadvantage of this process is its small lifetime that can limit, for example, the local cell-imaging information using conventional fluorescent probes. To overcome this problem, TADF (Thermally Activated Delayed Fluorescence) com pounds are a possible solution since their lifetime range could reach micro- or even milliseconds. TADF compounds were firstly recognized for their ability to maximize internal quantum efficiency of OLEDs but now they are also known for their capacity of bioluminescent probing. The major concerns of using TADF compounds in biologic systems are their low solubility, low biocompatibility, poor efficiency in polar media and high susceptibility to oxygen in triplet state. Therefore, we designed a series of com pounds which can exhibit TADF in the aggregate state - Aggregation Induced Delayed Fluorescence (AIDF), as a possible solution to overcome these limitations. For the aim of this work, Diphenyl sulfoxide-based and Quinoxaline-based units acceptors and its relatives were synthetised with success. Diphenyl sulfoxide derivatives were confirmed unstable towards fluorescence irradia tion. As a consequence of that, TADF was not able to be confirmed. However, diphenyl sulfoxide derivatives have shown signs of AEE (Aggregation enhanced emission). Nonetheless, the presence of aggregate states has been observed. A quinoxaline deriva tive was also studied. In this case, the TADF and aggregate states phenomenons have been experimentally verified. And, instead of AIE-TADF, AEE-TADF was confirmed.A estimulação visual através da cor é uma das ferramentas mais poderosas para obter e processar informação com facilidade. Na área da química, esse tipo de conhecimento pode ser alcançado por meio da fluorescência. No entanto, uma grande desvantagem deste processo, quando aplicado em bioimagiologia, é o seu curto tempo de vida que pode reduzir a resolução e sensibilidade. Para superar esse problema, os compostos com fluorescência retardada ativada por temperatura (TADF - Thermally Activated Delayed Fluorescence) são uma solução possível, uma vez que o seu tempo de vida útil pode chegar até aos milissegundos, possibilitando a utilização de técnicas resolvidas no tempo. As principais limitações do uso de compostos TADF em sistemas biológicos são sua baixa solubilidade, baixa biocompatibilidade, baixa eficiência em meios polares e alta suscetibilidade ao oxigénio. Deste modo, projetámos uma série de compostos que podem apresentar TADF no estado agregado - Aggregation Induced Delayed Fluorescence (AIDF) -, como uma possível solução para contornar essas limitações. Para atingir os objetivos deste trabalho, utilizaram-se as unidades aceitadoras de difenil sulfóxido e quinoxalina para fazer novas famílias de compostos, recorrendo às unidades doadoras carbazole, acetamidaindole e fenoxazina. Confirmou-se que os compostos derivados da unidade aceitadora difenil sulfóxido se degradavam quando expostos a uma irradiação UV. No entanto, foi observada a presença de estados agregados - fenómeno de Aggregation Enhanced emission. Um derivado da quinoxalina, contendo duas unidades de carbazole como doador, também foi estudado. Neste composto foi possível verificar a presença de fluorescência retardada, bem como a presença de estados agregados através das técnicas de espetroscopia de absorção UV-Vis e de fluorescência (em estado estacionário e resolvida no tempo), e também utilizando fotólise flash induzida por laser