La largo de la dependencia determina el color molecular
En todo el mundo, se está llevando a cabo una enorme cantidad de trabajo de investigación y desarrollo sobre moléculas orgánicas que contienen carbono y que emiten luz coloreada después de una excitación adecuada. Este campo de investigación está impulsado por la industria de las pantallas y el desarrollo de técnicas de imágenes biomédicas. Si bien hasta ahora se ha logrado un ajuste de color preciso en tintes fluorescentes orgánicos mezclando diferentes moléculas, los investigadores de ETH ahora han desarrollado un enfoque capaz de generar una amplia paleta de colores a través de ajustes químicos dentro de las propias moléculas.
Yinyin Bao, líder de grupo del profesor de ETH Jean-Christophe Leroux, y su equipo de científicos recurrieron a polímeros orgánicos fluorescentes para este trabajo. Estos polímeros se pueden considerar mejor como cadenas móviles de diferentes longitudes. «Las cadenas tienen una estructura simétrica y dos componentes dentro de ellas contribuyen a la fluorescencia», explica Bao. «Un componente, llamado fluoróforo, se encuentra en el centro de la cadena, mientras que el otro componente se encuentra una vez en cada uno de los dos extremos de la cadena». Al unir el fluoróforo en el centro de la cadena con cada extremo de la cadena, hay eslabones cuyo número y estructura pueden ser ajustados por los científicos. Si la cadena de polímero se dobla de modo que uno de sus extremos esté cerca del fluoróforo y la cadena se irradia simultáneamente con luz ultravioleta, se vuelve fluorescente.
La distancia afecta la interacción
Los científicos ahora han podido demostrar que el color de la fluorescencia depende no solo de la estructura de los eslabones y extremos de la cadena, sino también del número de eslabones de la cadena. «Es la interacción del extremo de la cadena y el fluoróforo la responsable de la fluorescencia de estos polímeros», dice Bao: «La distancia entre los dos componentes afecta la forma en que interactúan y, por lo tanto, el color que emiten».
Mediante un método llamado polimerización viva, los investigadores pueden ajustar el número de eslabones de la cadena. Primero, hacen crecer gradualmente la cadena mediante un proceso lento de fijación de los ladrillos al fluoróforo. Una vez que se alcanza la longitud deseada, los científicos pueden finalizar el proceso y generar simultáneamente la molécula del extremo de la cadena. Así es como los investigadores produjeron polímeros con diferentes colores: con menos de 18 bloques de construcción, las moléculas emiten fluorescencia amarilla; con 25 eslabones de cadena, verde; y con 44 o más enlaces, azul. «La peculiaridad de esto es que estos polímeros luminiscentes diferentes están compuestos por los mismos componentes idénticos. La única diferencia es la longitud de la cadena», dice Bao.
OLED con una amplia gama de colores
El equipo de investigación, que incluye a científicos del grupo del profesor ETH Chih-Jen Shih y del Royal Melbourne Institute of Technology en Australia, publicó su trabajo en la revista. Avances en la ciencia. Actualmente, los investigadores pueden producir polímeros fluorescentes en amarillo, verde y azul, pero están trabajando para extender el principio para incluir otros colores, incluido el rojo.
Estos nuevos polímeros fluorescentes no se pueden usar directamente como OLED (LED orgánicos) en pantallas porque su conductividad eléctrica no es lo suficientemente alta, explica Bao. Sin embargo, debería ser posible combinar polímeros con moléculas semiconductoras para producir OLED con una amplia gama de colores de forma sencilla. Utilizados en plantas solares de concentración, también podrían captar la luz solar de manera más eficiente y así aumentar la eficiencia de las plantas. Bao ve sus principales áreas de aplicación en los procedimientos de diagnóstico de laboratorio que utilizan fluorescencia, como la PCR, así como en los procedimientos de microscopía y de imágenes en biología celular y medicina. Otros usos potenciales podrían ser como elementos de seguridad en billetes y certificados o en pasaportes.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por ETH Zúrich. Original escrito por Fabio Bergamin. Nota: El contenido se puede cambiar según el estilo y la longitud.