Een nieuw reactiesysteem kan röntgenstralen detecteren met de hoogste gevoeligheid die ooit is gemeten met behulp van organische moleculen. Het systeem, ontwikkeld door onderzoekers van het Nara Institute of Science and Technology (NAIST), Ikoma, Japan; en Centre National de la Recherche Scientfique (CNRS), Toulon, Frankrijk, omvat de cycloreversie van teraryleen, waardoor het molecuul omkeerbaar schakelt tussen kleurloze en blauwe isovormen in aanwezigheid of afwezigheid van röntgenstralen. Met detectie bij veilige doses, van dit reactiesysteem wordt verwacht dat het zelfs de zwakste röntgenstraling detecteert die als gevaarlijk wordt beschouwd.

Fotoreactieve materialen zetten lichtinput om in chemische output en zijn standaard in halfgeleider- en 3D-printtechnologieën. Sommige van deze materialen worden ook gebruikt voor oogbescherming, bijv. zonnebril die UV-blootstelling kan verminderen door de lenskleur te veranderen. evenzo, werknemers die risico lopen op blootstelling aan röntgenstraling zijn verplicht om bewakingsbadges te dragen die gevaarlijke niveaus aangeven door veranderingen in fotoreactieve materialen. Echter, NAIST-professor Tsuyoshi Kawai benadrukt dat deze badges het risico niet volledig elimineren.

"Huidige materialen voor draagbare detectoren zijn gevoelig voor ongeveer 1 Gy. veiligheidsmanagementsystemen willen ongeveer honderd keer meer gevoeligheid, " hij zegt.

Kawai is een expert in het verhogen van de fotoconversie-efficiëntie van fotoreactieve moleculen, nadat hij zijn aandacht voornamelijk op terarylenen had gericht, organische moleculen waarmee zijn onderzoeksteam consequent uitzonderlijk hoge reactie-efficiënties heeft bereikt.

"We hebben het aantal moleculen dat fotoconversie kan ondergaan als reactie op één foton gestaag verbeterd. Het was één op één in 2011 en vandaag worden het 33 moleculen per één foton, " hij zegt.

Het verhogen van de kwantumopbrengst van terarylenen is het maximaliseren van het aantal veranderingen dat door een enkel foton kan worden veroorzaakt. Ze hebben terarylenen gekozen vanwege hun omkeerbaarheid, wat betekent dat het molecuul bij blootstelling aan ultraviolet licht weer kan worden omgezet in de oorspronkelijke blauwe isovorm, waardoor het systeem opnieuw kan worden ingesteld voor herhaald gebruik.

Inderdaad, de kleurverandering is een van de redenen waarom hij gelooft dat organische moleculen de voorkeur verdienen bij het overwegen van röntgendetectoren.

"Fotochrome organische detectoren kunnen röntgenstralen rapporteren door gemakkelijk waarneembare kleurveranderingen en zijn recyclebaar en gemakkelijk te verwerken, " hij zegt.

De belangrijkste wijziging aan de teraryleenmoleculen was de toevoeging van een fenylgroep aan slechts één van de moleculen twee fenylthiofeengroepen, waardoor omkeerbare fotoconversie tussen twee isovormen mogelijk was. Het resultaat was een gevoeligheid tot 0,3 Gy, waardoor het meer dan 1000 keer gevoeliger is dan de huidige commerciële systemen. Opmerkelijk, 0,3 Gy wordt beschouwd als een veilig blootstellingsniveau, wat suggereert dat geen enkel gevaarlijk niveau onopgemerkt zal blijven.

Fotoconversiereacties zoals fotosynthese of neurale stimulatie als reactie op licht in onze ogen vinden plaats met een efficiëntie van minder dan 100% (minder dan één molecuul reageert op één foton). Het door de onderzoekers ontworpen systeem, echter, kon 3300% bereiken (33 moleculen per foton), toont het potentieel van organische moleculen in kunstmatige systemen.

"Ik denk dat dit de hoogste efficiëntie is die ooit is gerapporteerd voor fotoconversie met een organisch molecuul, " merkt Kawai op.