Eccimero: molecola dimerica

Un eccimero dall’inglese excimer abbreviazione di excited dimer è una molecola dimerica costituita due specie in cui una si trova allo stato eccitato. Gli eccimeri sono classificati in due tipi diversi: uno è eccimeri dinamici, l’altro eccimeri statici.

Il primo è prodotto dalla collisione tra le molecole dello stato eccitato e dello stato fondamentale, il secondo è ottenuto dalla fotoeccitazione di un dimero dello stato fondamentale generato da interazioni molecolari deboli come l’impilamento π–π o il legame H. Gli eccimeri possono anche essere suddivisi in due categorie: eccimeri intermolecolari ed eccimeri intramolecolari.

La formazione di eccimeri e la loro fluorescenza può essere modulata dalla concentrazione dei monomeri corrispondenti e da stimoli esterni come pH, temperatura ambiente, polarità del solvente e specie chimiche. La loro eccezionale sensibilità  potrebbe essere utilizzata per monitorare la conformazione fine all’interno delle molecole, il che è particolarmente utile nella bioanalisi degli acidi nucleici e delle proteine.

Le sonde fluorescenti basate su eccimeri producono emissioni di fluorescenza specifiche a lunghezze d’onda molto più lunghe rispetto alle corrispondenti emissioni di monomeri. Di conseguenza, si ottengono ampi spostamenti di Stokes, dal nome del matematico e fisico irlandese George Gabriel Stokes, che possono efficacemente evitare l’autoassorbimento della fluorescenza. 

D’altra parte, le sonde fluorescenti basate su eccimeri mostrano durate fluorescenti più lunghe rispetto a quelle dei monomeri, a vantaggio delle misurazioni soprattutto quando l’autofluorescenza delle specie biologiche è elevata.

Formazione dell’eccimero

Un  eccimero si forma quando una specie allo stato eccitato interagisce con un’altra identica molecola allo stato fondamentale.

La formazione di un eccimero, la cui vita è dell’ordine di nanosecondi, può essere rappresentata dalla seguente equazione:
A + *A → [A-A]*
dove gli asterischi si riferiscono alle specie nei loro stati eccitati.

Come risultato di questa interazione, si forma un vero e proprio legame tra i due atomi di monomero.

La formazione non è limitata alla formazione di complessi biatomici omonucleari.

Se l’interazione avviene tra una molecola eccitata di un tipo e una molecola dello stato fondamentale di un tipo diverso, il risultante complesso dello stato eccitato è chiamato ecciplesso dall’inglese ecciplex abbreviazione di excited complex.

L’equazione generale per la formazione di un ecciplesso è:
n A + m *B → [A_n-B_m]*

Dall’equazione si desume che un eccimero è un tipo speciale di ecciplesso dove A=B e n = m =1.

Sarebbe quindi più appropriato usare il termine ecciplesso includendo entrambi i casi ovvero quando vi sono specie sia omoatomiche ed eteroatomiche.

Legame nell’eccimero

È importante riconoscere che la formazione dell’ecciplesso è un fenomeno fisico e non chimico.

Infatti il legame tra le molecole dura solo finché dura lo stato eccitato della molecola e successivamente il legame si rompe al ritorno allo stato fondamentale

Laser ad eccimeri

Un laser ad eccimeri è un potente tipo di laser che funziona quasi sempre nella regione spettrale dell’ultravioletto generando impulsi di nanosecondi. Inizialmente realizzati nel 1971 con [Xe-Xe]⁺ ora funzionano con un eccimero gas nobile–alogeno. Eccitati da una scarica elettrica o da un fascio di elettronigli atomi dei gas nobili formano eccimeri o ecciplessi con atomi di alogeno.

Cedono il loro eccesso di energia emettendo un fotone e tornando nel loro stato fondamentale, dove nell’arco di pochi picosecondi si dissociano nuovamente in atomi isolati.
Diversi tipi di laser ad eccimeri emettono tipicamente a lunghezze d’onda comprese tra 157 e 351 nm

Tabella

Usi

Le lunghezze d’onda nella regione spettrale dell’ultravioletto rendono possibile una serie di applicazioni come:

• marcatura laser e microstrutturazione di vetri e materie plastiche
• fabbricazione di fibre ottiche a reticolo di Bragg
• trattamento della psoriasi con laser XeCl
• correzione della vista mediante rimodellamento corneale con laser ArF
• generazione con metodi fotolitografici come nella produzione di chip semiconduttori