09.04.2021 - Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

La longitud de la cadena determina el color molecular

Los ajustes químicos en las propias moléculas pueden generar una amplia paleta de colores

Investigadores de la ETH de Zúrich han desarrollado polímeros fluorescentes cuyo color puede ajustarse fácilmente. Dependiendo de su longitud, los polímeros emiten un color diferente. Sus posibles aplicaciones son la biomedicina, la impresión de seguridad y la energía solar.

En todo el mundo se está llevando a cabo una enorme labor de investigación y desarrollo sobre moléculas que contienen carbono, u orgánicas, que emiten luz coloreada tras una excitación adecuada. Este campo de investigación está impulsado por la industria de las pantallas y el desarrollo de técnicas de imagen biomédica. Mientras que hasta ahora el ajuste preciso del color en los tintes fluorescentes orgánicos se ha conseguido normalmente mezclando diferentes moléculas, los investigadores de la ETH han desarrollado ahora un enfoque que puede generar una amplia paleta de colores mediante ajustes químicos dentro de las propias moléculas.

Yinyin Bao, jefe del grupo del profesor de la ETH Jean-Christophe Leroux, y su equipo de científicos recurrieron a los polímeros orgánicos fluorescentes para este trabajo. La mejor manera de ver estos polímeros es como cadenas móviles de longitudes variables. "Las cadenas tienen una estructura simétrica y dos componentes contribuyen a la fluorescencia", explica Bao. "Un componente, llamado fluoróforo, se sitúa 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". Uniendo el fluoróforo en el centro de la cadena con cada extremo de la misma hay eslabones cuyo número y estructura los científicos pueden ajustar. Si la cadena polimérica se dobla de forma que uno de sus extremos quede cerca del fluoróforo y la cadena se irradia simultáneamente con luz ultravioleta, se vuelve fluorescente.

La distancia afecta a la interacción

Los científicos han podido demostrar ahora que el color de la fluorescencia no sólo depende de la estructura de los eslabones y los extremos de la cadena, sino también del número de eslabones. "La interacción entre el extremo de la cadena y el fluoróforo es la responsable de la fluorescencia de estos polímeros", dice Bao: "La distancia entre los dos componentes afecta a la forma en que interactúan y, por tanto, al color que se emite".

Mediante un método denominado polimerización viva, los investigadores pueden regular el número de eslabones de la cadena. En primer lugar, hacen crecer gradualmente la cadena mediante un lento proceso de unión de bloques de construcción al fluoróforo. Una vez alcanzada la longitud deseada, los científicos pueden terminar el proceso y generar simultáneamente la molécula final de la cadena. Así es como los investigadores produjeron polímeros de diferentes colores: con menos de 18 bloques de construcción, las moléculas presentan fluorescencia amarilla; con 25 eslabones de la cadena, verde; y con 44 o más eslabones, azul. "Lo especial de esto es que estos polímeros luminiscentes diferentes están todos compuestos por exactamente los mismos componentes. La única diferencia es la longitud de la cadena", dice Bao.

OLED de amplia gama cromática

El equipo de investigación, que incluye a científicos del grupo del profesor Chih-Jen Shih de la ETH y del Real Instituto Tecnológico de Melbourne (Australia), ha publicado su trabajo en la revista Science Advances. En la actualidad, los investigadores pueden producir polímeros fluorescentes en amarillo, verde y azul, pero están trabajando para ampliar el principio a otros colores, incluido el rojo.

Estos nuevos polímeros fluorescentes no pueden utilizarse directamente como OLED (LEDs orgánicos) en pantallas porque su conductividad eléctrica no es lo suficientemente alta, explica Bao. Sin embargo, debería ser posible combinar los polímeros con moléculas semiconductoras para producir OLED de amplia gama cromática de forma sencilla. Utilizados en plantas de energía solar concentrada, también podrían recoger la luz solar de forma más eficiente y aumentar así la eficacia de las plantas. Bao ve sus principales áreas de aplicación en los procedimientos de diagnóstico de laboratorio que utilizan la fluorescencia, por ejemplo en la PCR, así como en los procedimientos de microscopía e imagen en biología celular y medicina. Otros usos potenciales serían como elementos de seguridad en billetes y certificados o en pasaportes.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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