在現今科技的快速發展中，OLED 顯示器和深層組織醫學影像之間的材料需求一直各自獨立，然而九州大學的研究人員最近卻開發出一種單一有機分子，能夠同時滿足這兩種需求，這一突破性材料可能會對消費電子產品和生物醫學診斷產生重大影響。該研究展示了一種新型材料，既能為新一代顯示屏提供高效的光發射，又能在體內進行高精度影像時有效吸收光線。這項發現有望促進娛樂與醫療領域的跨界應用，利用同一分子實現更亮的顯示和更安全、清晰的醫學診斷。
OLED 顯示器是現代顯示技術的主流，從智能手機到大型電視機的應用無處不在。提升這些顯示器的效率通常依賴於熱激活延遲螢光（TADF）技術，該過程通過環境熱量將本來浪費的三重態能量轉換為能發光的單重態能量。擁有強 TADF 性質的材料能夠使顯示器更加明亮和節能。相對而言，深層組織影像則需要使用低能量的近紅外光以減少光散射和對組織的損傷。雙光子吸收（2PA）技術允許分子同時吸收兩個低能量的光子，這樣可以僅激發激光聚焦點的組織，達到更清晰和安全的影像效果。
然而，將強 TADF 和高 2PA 兩種特性結合在同一分子中一直是一大挑戰。TADF 最有效的分子結構通常是扭曲的，帶有分開的電子軌道，而 2PA 則通常需要平面結構以實現高軌道重疊。這些需求之間的矛盾使得雙功能分子的開發變得相當困難。為了解決這一問題，九州大學的研究團隊設計了一種名為 CzTRZCN 的分子，它結合了富電子的咔唑單元和缺電子的三嗪核心。氰基團的引入調整了電子軌道的排列，通過拉動電子使其達到最佳狀態。
這種架構使得 CzTRZCN 能夠作為一個“開關”。在光吸收過程中，CzTRZCN 能夠保持足夠的軌道重疊以實現高效的 2PA，當受到激發後，其結構則改變為分開的軌道，促進 TADF 的發生。研究團隊通過理論計算和實驗驗證了這一雙重行為。在一個 OLED 設備中，CzTRZCN 達到了 13.5% 的外部量子效率，創下了基於三嗪材料的 TADF 的記錄。同時，它也顯示出高 2PA 截面和強亮度，顯示出在醫學影像中的應用潛力。
該研究的主要研究者千歲佑平表示，這種無金屬且低毒性的特性使得該分子在醫學探測中具有高度的生物相容性，特別在時間分辨螢光顯微術中將受益良多。這項研究為製造具有不同軌道排列以實現光吸收和發射的分子提供了一個策略，這一方法可能會啟發出更多超越醫療和顯示用途的多功能材料。千歲佑平指出，團隊計劃擴展設計以涵蓋更多的發射波長，並與生物醫學和設備工程師進行合作，潛在應用包括體內成像、可穿戴傳感器以及下一代 OLED 顯示屏。
這項研究的成果不僅推動了光電子學和生物成像領域的融合，也為未來在消費電子產品和醫療健康之間架起了一座橋樑。如果這一技術能夠規模化，CzTRZCN 將有助於創造出更亮、更高效的顯示屏，並在醫學中開發出更精確、侵入性更小的影像工具。這項研究已發表在《先進材料》（Advanced Materials）期刊上。
