3.2.1. Фотоанизотропни материали за приложения на поляризационна холография и фотоника

Водещ изследовател: Проф. д-р Лиан Неделчев

Тематика: Фотоанизотропни материали; Поляризационно-селективни холографски оптични елементи; Поляризационни и повърхностни релефни решетки с приложения във фотониката;

Материалите, съдържащи азобензен (АБ), са клас оптични материали, интензивно изследвани през последните десетилетия, поради потенциалната възможност за тяхната употреба като среди за оптичен запис на информация, оптични превключватели и сензори, както и в поляризационната холография и фотониката. Благодарение на уникалното си фотохромно поведение АБ могат да бъдат използвани за индуциране на контролирани изменения във физикохимичните, механичните, електронните и оптичните свойства на материалите. На практика, процесът на фотоизомеризация се използва за превключване на материала между две различни състояния или фази.

Фотоизомеризацията на азобензените може да се използва за превръщане на енергията на електромагнитното лъчение в механична чрез индуцирането на обратима структура и изменения в обема на материала. На молекулно ниво, чрез линейно поляризирана светлина се индуцират само активни хромофори с диполен момент, успореден на оста на поляризация на светлината. Тази селективност се дължи на силно анизотропната структура на транс-азобензените и в крайна сметка води до анизотропно групиране на хромофорите и двулъчепречупване в материала. Известно е, че повечето азобензени изомеризират и проявяват ефект на фотоориентация. Благодарение на фотоориентацията с линейно поляризирана светлина, азобензеновите молекули преимуществено абсорбират светлина, поляризирана по дължина на дългата ос на молекулата. На практика това означава, че абсорбцията на молекулите, перпендикулярни на оста на поляризация на падащата светлина, е незначителна в сравнение с тази на молекулите, разположени по оста. Повтарящите се, високо ефективни преходи при азохромофорите между транс и цис- изомерите, води до преориентация, перпендикулярна на посоката на поляризация на падащата светлина. Получената анизотропия, индуцираща голямо и постоянно в равнината двулъчепречупване, може да се наблюдава в поляризираните абсорбционни спектри на филма. Ходът на ориентационната анизотропия се проследява, като се измерва пропускането на пробен лъч с ниска мощност през конфигурацията поляризатор/проба/анализатор. Двулъчепречупването Δn може да се изчисли по формулата по-долу, където d е дебелината на филма, λ-дължината на вълната на пробния лъч, I-сигналът на пробния лъч, пропуснат през двулъчепречупващия образец (поляризаторът и анализаторът са разположени перпендикулярно един спрямо друг, а I0 е сигналът през проба, която не е облъчена (успореден поляризатор и анализатор).

Холографският запис в този вид материали е неразделно свързан с явлението на фотоиндуциран масов транспорт и формирането на повърхностни релефни решетки (SRGs). Възможността за създаване в азоматериалите на SRGs с голяма амплитуда придоби съществено значение, поради изключително високата дифракционна ефективност, която лесно се постига при използване на едноетапен процес на запис и възможността решетките по желание да се изтриват и преконфигурират.

Ето защо, не само изследванията върху реализирането на холографския запис, но и самото формиране на SRGs привлича голямо внимание като нов, важен инструмент в областта на фотониката и микро/нанотехнологиите. Друго значимо приложение на азоматериалите е като фотоактивни полимерни матрици в наномедицината под формата на подложки за биоактивни молекули в лекарствени форми. През последните няколко години, нано структурираните азофилми са намерили приложение като (био) сензори в редица области на медицината и науката, изучаваща живите организми. Сред изобилието от наноструктури, налични към момента, SRGs предлагат ключови възможности за приложение в биосензориката, като преносими ин ситу детектори, благодарение на присъщото им свойство да поглъщат в областта на отпечатъка на палците, както и на съвместимостта им с колинеарни оптични форми и възможността за лесно интегриране в други микро-технологични платформи, като например микрофлуиди.

Публикации:

1. Mateev, L. Nedelchev, L. Nikolova, B. Ivanov, V. Strijkova, E. Stoykova, K. Choi, J. Park, D. Nazarova, Two-dimensional polarization holographic gratings in azopolymer thin films: Polarization properties in the presence or absence of surface relief. Photonics 10, 728 (11 pp), 2023. IF: 2.536 Q2 https://doi.org/10.3390/photonics10070728
2. Nazarova, L. Nedelchev, N. Berberova-Buhova, G. Mateev, Nanocomposite photoanisotropic materials for applications in polarization holography and photonics. Nanomaterials 13, 2946 (38 pp), 2023. IF: 5.3 Q1 https://doi.org/10.3390/nano13222946
3. Duarte, G. Dobrikov, A. Kurutos, H. M. Santos, J. Fernandez-Lodeiro, J. L. Capelo-Martinez, E. Oliveira, C. Lodeiro, Enhancing water sensing via aggregation-induced emission (AIE) and solvatofluorochromic studies using two new dansyl derivatives containing a disulfide bound: Pollutant metal ions detection and preparation of water-soluble fluorescent polymeric particles, Dyes and Pigments 218, 111428 (11 pp), 2023. IF: 4.5 Q1 https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2023.111428
4. Duarte, G. Dobrikov, A. Kurutos, J. L. Capelo-Martinez, H. M. Santos, E. Oliveira, C. Lodeiro, Development of fluorochromic polymer doped materials as platforms for temperature sensing using three dansyl derivatives bearing a sulfur bridge, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 445, 115033 (13 pp), 2023. IF: 4.3 Q2 https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2023.115033
5. Anichina, N. Georgiev, N. Lumov, D. Vuchev, G. Popova-Daskalova, G. Momekov, E. Cherneva, R. Mihaylova, A. Mavrova, S. Atanasova-Vladimirova, I. Piroeva and D. Yancheva, Fused Triazinobenzimidazoles Bearing Heterocyclic Moiety: Synthesis, Structure Investigations, and In Silico and In Vitro Biological Activity, Molecules 28, 5034, 2023. IF: 4.6 Q2 https://doi.org/10.3390/molecules28135034
6. Smolka, D. Yordanov, K. Nakashima, M. Vala, J. Krajčovič, M. Weiter, A. Georgiev, Control over rotary motion and multicolour switching in 3-hydroxyphthalimide fluorophores: An interplay between AIE and ESIPT, Dyes and Pigments 215, 111279 (13 pp), 2023. IF: 4.5 Q1 https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2023.111279
7. Yordanov, R. Smolka, K. Nakashima, S. Hirashima, Y. Matsushima, M. Vala, J. Krajčovič, M. Weiter, Ts. Miura, and A. Georgiev, Fluorescent Rotary Switches: Four- vs Three-Substituted Phthalimide Boron Difluoride Schiff Base Complexes, Journal of Organic Chemistry, 88, 24, pp. 17206–17214, November 21, 2023. IF: 3.6 Q1 https://doi.org/10.1021/acs.joc.3c02056
8. Miladinova, Advances in Materials Science Research. Volume 67, Maryann C. Wythers (Editor), Chapter 3. Triazines and Their Applications, Publication Date: 27 December 2023, Nova Science Publishers, New York, ISBN: 979-8-89113-329-7
9. Stratiev, V. Toteva, I. Shishkova, S. Nenov, D. Pilev, K. Atanassov, V. Bureva, S. Vasilev and D. Stratiev, Industrial Investigation of the Combined Action of Vacuum Residue Hydrocracking and Vacuum Gas Oil Catalytic Cracking While Processing Different Feeds and Operating under Distinct Conditions, Processes 11, 3174 (26 pp), 2023. IF: 3.5 Q2 https://doi.org/10.3390/pr11113174
10. Kircheva, V. Petkova, S. Dobrev, V. Nikolova, S. Angelova, T. Dudev, N-Methyl- and N-Phenylpiperazine Functionalized Styryl Dyes inside Cucurbiturils: Theoretical Assessment of the Factors Governing the Host-Guest Recognition, Molecules 28, 8130 (14 pp), 2023. IF: 4.6 Q1 https://doi.org/10.3390/molecules28248130
11. Staneva, D. Atanasova, I. Grabchev, Fluorescent composite cotton fabric modified with crosslinked chitosan for theranostic applications, Applied Sciences 13, 12660 (16 pp), 2023. IF: 2.5 Q2 https://doi.org/10.3390/app132312660
12. Stratiev, I. Shishkova, M. Ivanov, R. Dinkov, V. Toteva, D. Angelova, I. Kolev, M. Tavlieva, and D. Yordanov, Alternative Options for Ebullated Bed Vacuum Residue Hydrocracker Naphtha Utilization, Processes,11,3410 (23 pp), 2023. IF: 3.5 Q2 https://doi.org/10.3390/pr11123410
13. Surleva, L. Angelova, D. Ilieva,, V. Ivanova, O. Surleva, and K. Chavdarova, Ensuring the Quality of the Analytical Process in a Research Laboratory, Applied Sciences, 14, 3281 (12 pp), 2024. IF: 2.7 Q2 https://doi.org/10.3390/app14083281
14. Anastassova, N. Hristova-Avakumova, R. Risew, B. Shivachev, and D. Yancheva, Two 5-Methoxyindole Carboxylic Acid-Derived Hydrazones of Neuropharmacological Interest: Synthesis, Crystal Structure, and Chemiluminescent Study of Radical Scavenging Properties, Crystals, 14, 396 (20 pp), 2024. IF: 2 Q2 https://doi.org/10.3390/cryst14050396
15. Pedro, F. Duarte, G. Dobrinkov, A. Kurutos, H. M. Santos, J. L. Capelo-Martinez, E. Oliveita, C. Lodeiro, Optical evaluation of dansyl derivatives and their implementation in low-cost and flexible dye-doped PMMA platforms for efficient detection of hazardous chemical vapours, Dyes and Pigments, 224, 112042 (20 pp), 2024. IF: 4.5 Q1  https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2024.112042
16. Karadashka, V. Ivanova, V. Jordanov, and V. Karadjova, Glass Formation and Properties of Multicomponent Glasses of the As2Se3-Ag2Te-GeTe System, Inorganics, 12, 11 (12 pp), 2024. IF: 3.1 Q2 https://doi.org/10.3390/inorganics12010011
17. Zaidan, V. Ivanova and P. Petkov, Physical Vapor Deposition of Indium-Doped GeTe: Analyzing the Evaporation Process and Kinetics, Inorganics, 12, 209 (16 pp), 2024. IF: 3.1 Q2 https://doi.org/10.3390/inorganics12080209
18. Lilov, S. Nedev, V. Lilova, S. Kozhukharov, Ch. Girginov, Solution conductivity as a factor determining the photocatalytic reaction rate, Journal of Photochemistry and Photobiology, 21, 100240 (3 pp), 2024. Q3 https://doi.org/10.1016/j.jpap.2024.100240
19. Bancheva – Koleva, V. Zhelev, P. Petkov, and T. Petkova, Molybdenum-Doped ZnO Thin Films Obtained by Spray Pyrolysis, Materials, 17, 2164 (9 pp), 2024. IF: 3.4 Q2 https://doi.org/10.3390/ma17092164
20. Galhano, A. Kurutos, G. Dobrikov, M. P. Duarte, H. M. Santos, J. Capelo-Martinez, C. Lodeiro, E. Oliveira, Innovative colorimetric detection of clinical Gram-negative bacteria using low-cost bacteriostatic barbiturate polymers, Materials Today Chemistry, 36, 101951 (12 pp), 2024. IF: 7.3   Q1 https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2024.101951
21. Duarte, I. Pereira-Gomes, G. Dobrikov, J. Galhano, C. S.B. Gomes, A. Kurutos, H. Santos, E. Oliveira, M. P. Duarte, J. L. Capelo-Martinez, C. Lodeiro, Antimicrobial profile and Turn-On sensing of cyanide and water traces using a dual chromophoric Dansyl-Acridine conjugate as multifunctional system, Microchemical Journal, 205, 111237 (12 pp), 2024. IF: 4.9 Q1 https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.111237
22. Anichina, N. Lumov, V. Bakov, D. Yancheva, and N. Georgiev, Recent Advances in the Application of Nitro(het)aromatic Compounds for Treating and/or Fluorescent Imaging of Tumor Hypoxia, Molecules, 29, 3475 (33 pp), 2024. IF: 4.2 Q2 https://doi.org/10.3390/molecules29153475
23. Petkova, S. Dobrev, N. Kircheva, D. Nazarova , L. Nedelchev, V. Nikolova, T. Dudev, and S.Angelova, Density Functional Theory Prediction of Laser Dyes–Cucurbit[7]uril Binding Affinities, Molecules, 29, 4394 (13 pp), 2024. IF: 4.2 Q1 https://doi.org/10.3390/molecules29184394
24. Munteanu, D. Yordanov, G. Canard, O. Siri, D. Jacquemin, A. Georgiev, and S. Pascal, Feasibility of multiple excited-state proton transfer processes in hydroxyquinoline-containing benzobisimidazole dyes, New Journal of Chemistry, 48, 13289 (7 pp), 2024. IF: 3.3 Q2 DOI:10.1039/D4NJ01787K
25. Berberova-Buhova, L. Nedelchev, G. Mateev, L. Nikolova, E. Stoykova, B. Ivanov, V. Strijkova, K. Hong, and D. Nazarova, Polarization Diffraction Gratings in PAZO Polymer Thin Films Recorded with Digital Polarization Holography: Polarization Properties and Surface Relief Formation, Photonics, 11, 425 (12 pp), 2024. IF: 2.4 Q2 https://doi.org/10.3390/photonics11050425
26. Stoilova, D. Dimov, Y. Trifonova, G. Mateev, V. Lilova, D. Nazarova, and L. Nedelchev, Effect of InP/ZnS quantum dots aggregation on the kinetics of birefringence recorded in thin azopolymer composite films, Physica Scripta, 99, 095988 (9 pp), 2024. IF: 2.6 Q2  https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad6d09
27. Toteva, I. Valchev, and S. Petrin, Polymers from renewable resources: Glucose from enzymatic hydrolysis of hemp biomass, Polymers from Renewable Resources, 15, 3, pp. 381-388, 2024. Q3 (Scopus) https://doi.org/10.1177/20412479241266952
28. Ravutsov, M. Marinova, A. Kurutos, S. Simeonov, Sources, sustainability and directions in the chemical synthesis of δ-aminolevulinic acid, Sustainable Chemistry and Pharmacy, 38, 101491 (29 pp), 2024. IF: 6.0 Q1 https://doi.org/10.1016/j.scp.2024.101491
29. Nakashima, D. Yordanov, Y. Matsushima, S. Hirashima, T. Miura, and A. Georgiev, Rearrangement of C2-Spirooxindoles: Conversion to the 2‑Hydroxyhemi-Indigo and Chromenoindole, Journal of Organic Chemistry, 89, 17, pp. 12401–12409, 2024. IF: 3.3  Q2  https://doi.org/10.1021/acs.joc.4c01362
30. Veselý, D. Yordanov, M. Vala, M. Weiter, J. Krajcovic, A. Georgiev, Acid-base fluorescence switching and aggregation induced emission (AIE) of phenylene-thienyl chalcones, Journal of Molecular Liquids, 397, 124119 (11 pp), 2024. IF: 5.3 Q1 https://doi.org/10.1016/j.molliq.2024.124119
31. Zheleva, D. Angelova, M. Koleva, Comparative study of the Antibacterial Properties of Modified Textile Materials with Different Metal Nanoparticles, Journal of Polymer & Composites, 12, (10 pp), 2024. IF: 0.1 Q4 https://journals.stmjournals.com/jopc/article=2024/view=146488/
32. Miladinova, D. Todorova, Synthesis and Application of New Homobifunctional Reactive Triazine Dyes Containing UV Absorber, Fibers and Polymers, 25, 2245 (12 pp), 2024. IF: 2.2   Q2  https://doi.org/10.1007/s12221-024-00578-5
33. Stratiev, I. Shiskova, V. Toteva, G. Georgiev, R. Dinkov, I. Kolev, I. Petrov, G. Argirov, V. Bureva, S. Ribagin, K. Atanassov, S. Nenov, S. Sotirov, R. Nikolova, and A. Veli, Experience in Processing Alternative Crude Oils to Replace Design Oil in the Refinery, Resources, 13, 86 (31 pp), 2024. IF: 3.6 Q1 (Scopus) Q2 (WoS) https://doi.org/10.3390/resources13060086
34. Zaidan, V. Ivanova, P. Petkov, P. Bancheva-Koleva, Exploring the structural and electronic characteristics of amorphous Ge-Te-In material through AB initio methods, Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 59, 5, pp. 1109-1118, 2024. Q3 (Scopus) https://doi.org/10.59957/jctm.v59.i5.2024.13
35. Koleva, D. Angelova, D. Zheleva, Methods for the synthesis of TiO₂nanoparticles. Properties of textile materials treated with TiO₂ nanoparticles, Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 59, 2, pp. 301-308, 2024. Q3 (Scopus) https://doi.org/10.59957/jctm.v59.i2.2024.7 
36. Pereira-Gomes, F. Duarte, G. Dobrikov, I. Slavchev, A. Kurutos, J. L. Capelo-Martinez, H. M. Santos, C. Lodeiro, Tetra dansylamides substituted cyclen and cyclam macrocycles as fluorescent sensing probes for metal ions and temperature-responsive materials in dopped polymers, Dyes and Pigments, 232, 112461 (13 pp), 2025. (published on 16.09.2024) IF 4.1 Q1 https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2024.112461
37. Q. Meng, W. Wang, H. Wang, Y. Tao, N. Anastassova, T. Sun, Y. Sun, L. Wang, Photothermal and enhanced chemodynamic reinforced anti-tumor therapy based on PDA@POM nanocomposites, Journal of Colloid and Interface Science, 678, (8 pp),2025. (published on 18.09.2024) IF 9.4    Q1 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.09.160