De moleculaire spectroscopiegroep van de UPV/EHU, in samenwerking met het Instituut voor Katalyse en Petroleumchemie van de CSIC (Spaanse Nationale Onderzoeksraad), heeft een sterk fluorescerend hybride materiaal ontwikkeld dat van kleur verandert afhankelijk van de polarisatie van het licht waardoor het wordt verlicht. Het onderzoek is gepubliceerd in ACS Fotonica , het nieuwe tijdschrift dat exclusief is gewijd aan fotonica en wordt gepubliceerd door de American Chemical Society.

Het doel met betrekking tot hybride materialen met een organische component en een andere anorganische is om de beste eigenschappen van elk te combineren in een enkel systeem. Labs over de hele wereld werken aan de ontwikkeling van nieuwe hybride materialen voor technologische toepassingen in nanotechnologieën, vooral, en deze materialen worden al gebruikt in lichtgewicht materialen voor auto's, sportuitrusting, in biomimetische materialen, zoals prothesen, enzovoort.

Het hybride materiaal waar de onderzoeksgroep van de vakgroep Fysische Chemie naar op zoek was, moest aan een aantal zeer specifieke eisen voldoen. Het anorganische materiaal van de gastheer moest een kristallijne structuur hebben met parallelle nanokanalen, zodat de moleculen in het organische gastmateriaal, een kleurstof, zou kunnen worden uitgelijnd; de grootte van de poriën van de gastheer moest kleiner zijn dan 1 nm (een miljoenste deel van een millimeter) zodat de kleurstof net zou passen; Tenslotte, niet zomaar een, maar er waren twee kleurstoffen van vergelijkbare grootte en vorm nodig, maar ze moesten complementaire optische eigenschappen hebben die anders zouden reageren als ze door licht werden gestimuleerd.

De grootste uitdaging was dus om die perfecte pasvorm tussen de anorganische nanostructuur en de kleurstofmoleculen te bereiken. Ze bereikten dit door als gastheermateriaal een aluminofosfaat (AIPO-11) te gebruiken dat een geschikte poriegrootte heeft om kleurstoffen op te nemen met een structuur van drie gefuseerde benzeenringen, zoals de uitverkorenen:pyronine, met groene fluorescentie, en acridine, met blauwe fluorescentie. “De kleurstoffen komen op volgorde binnen, ze richten zich langs de nanokanalen, en hun fluorescerende eigenschappen zijn verbeterd, " legde Virginia Martinez uit, een Ramón y Cajal-onderzoeker in de groep Molecular Spectroscopy. De verbetering is niet alleen te danken aan het feit dat de moleculaire flexibiliteit van de kleurstof beperkt is, maar ook omdat de laatste monomeer is opgenomen, met andere woorden, het komt het kanaal binnen in afzonderlijke eenheden, en dankzij dat zijn ze zeer lichtgevend omdat de fluorescentie verloren gaat wanneer ze worden toegevoegd.

Om die perfecte pasvorm te krijgen, de syntheseprocedure speelde een fundamentele rol. Gebruikelijk, bij fotoactieve hybride materialen wordt het organische deel door middel van diffusie vanuit de gas- of vloeistoffase in het anorganische deel gebracht, maar met deze methode werd het occlusieniveau dat dit onderzoek nodig had niet bereikt. Dus kozen ze ervoor om de kleurstof in de gel te steken waarmee het anorganische materiaal wordt gesynthetiseerd, zodat naarmate het kristal groeide, de organische chromofoor geleidelijk zou worden opgenomen.

In het begin, ze hebben een enkele kleurstof ingebracht, pyronine, en verkregen een sterk luminescerend materiaal. In feite, door gebruik te maken van confocale fluorescentiemicroscopie, ze registreerden een bijna totale uitlijning van de kleurstofmoleculen langs het kanaal (dichroïsche verhouding van 40), een uitlijning die niet eerder was gemeld.

Vervolgens gingen ze tegelijkertijd pyronine en acridine opnemen in het syntheseproces en verkregen rechthoekige kristallen van 30 x 20 micron die opvallend van kleur veranderden afhankelijk van de polarisatie van het licht waardoor ze werden verlicht:als de polarisatie plaatsvond langs de kanaal werd het als groen gezien; als het loodrecht gebeurde, het toonde de kleur blauw. Dit gedrag gaf aan dat er een overdracht van energie plaatsvond tussen de kleurstoffen.

“Het afstemmen van kleur is ook een onmiddellijke, efficiënt proces dat volledig kan worden omgekeerd en gereproduceerd met een hoge weerstand tegen vermoeidheid, " merkte Iñigo López-Arbeloa op. Dus de potentiële toepassingen van dit soort fotoactieve hybride materialen zijn talrijk:ze kunnen worden gebruikt als antenne in fotovoltaïsche cellen, informatie op te slaan, in fotonische kabels, in lasersystemen, enz. In feite, het nieuwe hybride materiaal vormt een stap vooruit in de ontwikkeling van afstembare vastestoflasers, van groot biomedisch belang, omdat ze gemakkelijker te gebruiken en minder vervuilend zijn dan de vloeistoffen die momenteel worden gebruikt.