Onderzoekers hebben een algoritme ontwikkeld voor fotochemie, waardoor het ontluikende veld een stap dichter bij het doel komt om verschillende kleuren licht als een schakelaar te gebruiken om een ​​reeks verschillende chemische reacties in één enkel materiaal te activeren.

Een QUT-onderzoeksteam, bestaande uit Ph.D. leerling Jan Philipp Menzel, Professor Christopher Barner-Kowollik en universitair hoofddocent James Blinco, samen met Dr. Benjamin Noble van RMIT, hebben hun bevindingen in het tijdschrift gepubliceerd Natuurcommunicatie .

In hun studie hebben Golflengteafhankelijke fotochemische reactiviteit en selectiviteit voorspellen, de onderzoekers hebben een voorspellend hulpmiddel geschetst, zodat wetenschappers vooraf kunnen bepalen hoeveel licht nodig is om bepaalde resultaten van fotochemische reacties te produceren.

Eerste auteur Menzel voerde een reeks experimenten uit met een laser, werkte zich met nanometerprecisie een weg door het spectrum om de resultaten vast te leggen.

"Ons doel was om te begrijpen hoe de moleculen werken en hoe we kunnen voorspellen hoeveel er gaat reageren, bij gebruik van verschillende kleuren licht", aldus Menzel.

Professor Blinco zei dat de studie bedoeld was om het soort informatie te verschaffen dat onderzoekers zouden hebben die reacties induceren door de temperatuur aan te passen.

"Bij een normale reactie zou je waarschijnlijk warmte gebruiken - we doen het met licht, ' zei professor Blinco.

"Dus in plaats van te moeten voorspellen hoeveel energie je door warmte moet leveren, het gaat erom te voorspellen hoeveel energie we door licht moeten steken.

"Met chemische reacties die worden aangedreven door warmte, als je het meer opwarmt, dan gaat de reactie mogelijk sneller. Met door licht geïnduceerde reacties, we hebben het voordeel dat we alle kleuren van de regenboog kunnen gebruiken, en fotonen met die verschillende kleuren hebben verschillende energieën.

"Dus het betekent dat je een veel fijnere afstemming hebt in het kunnen inbellen van de details van je reactie."

Menzel zei dat ultraviolet licht (fotonen met korte golflengte) genoeg energie heeft om reacties te veroorzaken die, bijvoorbeeld, leiden tot huidkanker, terwijl zichtbaar licht (fotonen met een langere golflengte) dat niet kon. evenzo, het veranderen van ofwel de energie van fotonen en hun intensiteit, zoals het aanpassen van een dimmerschakelaar, veroorzaakte ofwel een sterkere reactie of helemaal geen chemische reactie.

Australian Research Council (ARC) Laureaat Fellow Professor Barner-Kowollik, een toonaangevende nanotechnoloog in zachte materie wiens carrière is gericht op de kracht en mogelijkheden van licht in de macromoleculaire chemie, zei dat het langetermijndoel "selectiviteit van chirurgische reacties" was.

"Een van de belangrijkste vragen in de fotochemie is:hoe kun je lichtkleuren selecteren zodat ze een andere impact hebben op de aanwezige materialen, " zei professor Barner-Kowollik.

"Met welk soort licht kan ik alleen reactant A activeren, en welke kleur licht zullen we moeten gebruiken om reactant B te activeren zonder reactant A te beïnvloeden.

"Met ons algoritme wetenschappers kunnen licht gebruiken om op afstand te controleren welk materiaal wordt gemaakt, overschakelen van het ene materiaal naar een geheel ander door elke lichtbron aan en uit te zetten.

"De kracht van licht verandert de manier waarop we materialen van de volgende generatie voor de gezondheid vervaardigen, mobiliteit en de digitale wereld, gebruik makend van de alomtegenwoordige aard en de precisie van lasers."

Terwijl de onderzoekers zich momenteel concentreren op het moleculaire niveau, het grote plaatje is hoe verschillende kleuren (golflengten) van licht in de toekomst kunnen worden gebruikt om een ​​reeks reacties in één materiaal te creëren.

Professor Barner-Kowollik zegt dat de fundamentele wetenschap kan worden gebruikt in toekomstige generaties van 3D-printers om zeer kleine structuren te creëren.

"Stel je een printer voor die verschillende kleuren licht gebruikt om verschillende elementen te activeren voor wanneer hij dingen moet printen - zoals ingewikkelde structuren in biomedische velden - met verschillende eigenschappen, zoals hard of zacht, of geleidend of isolator, " zei professor Barner-Kowollik.

"De sciencefiction ervan, is dat de printer uit 10 verschillende kleuren licht selecteert, om alle eigenschappen af ​​te drukken. Maar daarvoor moet je selectiviteit hebben."

Professor Barner-Kowollik zei dat een van de uitdagingen die hij in de komende vijf jaar zou willen overwinnen, zou zijn om meerkleurige 3D-laserlithografie tot stand te brengen om 3D-printen van ongelijksoortige materiaaleigenschappen mogelijk te maken met slechts één printhars (inkt).

"Het zou misschien wel de meest cruciale uitdaging zijn in 3D-printen, wat zou vereisen dat chemische reacties op golflengte selectief kunnen worden aangepakt door verschillende kleuren licht in twee-fotonprocessen, " zei professor Barner-Kowollik.

"Het is momenteel sciencefiction, maar met enorme implicaties als het lukt."