I ricercatori hanno sviluppato un algoritmo per la fotochimica, avvicinando il campo in rapida crescita all'obiettivo di utilizzare diversi colori di luce come un interruttore per attivare una serie di reazioni chimiche diverse in un unico materiale.

Un team di ricerca QUT, composto da dottorato di ricerca studente Jan Philipp Menzel, Professor Christopher Barner-Kowollik e Professore Associato James Blinco, insieme al dottor Benjamin Noble di RMIT, hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Nel loro studio, Predizione della reattività fotochimica e della selettività dipendenti dalla lunghezza d'onda, i ricercatori hanno delineato uno strumento predittivo in modo che gli scienziati possano predeterminare la quantità di luce necessaria per produrre determinati risultati delle reazioni fotochimiche.

Il primo autore, il signor Menzel, ha condotto una serie di esperimenti con un laser, risalendo lo spettro con precisione nanometrica per registrare i risultati.

"Il nostro obiettivo era capire come funzionano le molecole e come possiamo prevedere quanto reagirà, quando si utilizzano diversi colori di luce", ha affermato Menzel.

Il professor Blinco ha affermato che lo studio si proponeva di fornire il tipo di informazioni che avrebbero i ricercatori che inducono reazioni regolando la temperatura.

"Con una reazione normale probabilmente useresti il ​​calore:lo facciamo con la luce, "Ha detto il professor Blinco.

"Quindi, invece di dover prevedere quanta energia hai bisogno di immettere attraverso il calore, si tratta di prevedere quanta energia dobbiamo immettere attraverso la luce.

"Con reazioni chimiche guidate dal calore, se lo scaldi di più, quindi la reazione potenzialmente va più veloce. Con reazioni indotte dalla luce, abbiamo il vantaggio di poter utilizzare tutti i colori dell'arcobaleno, e i fotoni con quei colori diversi hanno energie diverse.

"Quindi significa che hai una messa a punto molto più fine nell'essere in grado di comporre i dettagli della tua reazione."

Il signor Menzel ha affermato che la luce ultravioletta (fotoni con lunghezza d'onda corta) ha energia sufficiente per provocare reazioni che potrebbero, Per esempio, portare al cancro della pelle, mentre la luce visibile (fotoni con una lunghezza d'onda maggiore) non potrebbe. Allo stesso modo, cambiando sia l'energia dei fotoni che la loro intensità, come regolare un dimmer, causato una reazione più forte o nessuna reazione chimica.

Professore laureato dell'Australian Research Council (ARC) Barner-Kowollik, un nanotecnologo della materia soffice leader a livello mondiale la cui carriera è incentrata sul potere e sulle possibilità della luce nella chimica macromolecolare, ha affermato che l'obiettivo a lungo termine era "la selettività della reazione chirurgica".

"Una delle domande chiave nella fotochimica è:come si possono selezionare i colori della luce in modo che abbiano un impatto diverso sui materiali presenti, "Ha detto il professor Barner-Kowollik.

"Con quale tipo di luce posso attivare solo il reagente A, e che colore della luce dovremo usare per attivare il reagente B senza influenzare il reagente A.

"Con il nostro algoritmo, gli scienziati possono usare la luce per controllare a distanza quale materiale viene creato, passare da un materiale ad uno completamente diverso accendendo e spegnendo ogni sorgente luminosa.

"Il potere della luce trasforma il modo in cui produciamo materiali di nuova generazione per la salute, mobilità e mondo digitale, sfruttando la sua natura onnipresente e la precisione dei laser."

Mentre i ricercatori sono attualmente concentrati sul livello molecolare, il quadro generale è come i diversi colori (lunghezze d'onda) della luce potrebbero essere utilizzati in futuro per creare una serie di reazioni in un materiale.

Il professor Barner-Kowollik afferma che la scienza fondamentale potrebbe essere utilizzata nelle future generazioni di stampanti 3D creando strutture molto piccole.

"Immaginate una stampante che utilizza diversi colori della luce per attivare elementi diversi per quando ha bisogno di stampare cose, come strutture intricate in campi biomedici, con proprietà diverse, come duro o morbido, o conduttivo o isolante, "Ha detto il professor Barner-Kowollik.

"La fantascienza di esso, è che la stampante seleziona tra 10 diversi colori di luce, per stampare tutte le proprietà. Ma per questo è necessario avere selettività".

Il professor Barner-Kowollik ha affermato che una delle sfide che vorrebbe superare nei prossimi cinque anni sarebbe quella di stabilire una litografia laser 3D multicolore per consentire la stampa 3D di proprietà di materiali disparate utilizzando solo una resina di stampa (inchiostro).

"Sarebbe forse la sfida più critica nella stampa 3D, che richiederebbe che le reazioni chimiche possano essere indirizzate selettivamente alla lunghezza d'onda da diversi colori della luce nei processi a due fotoni, "Ha detto il professor Barner-Kowollik.

"Al momento è fantascienza, ma con enormi implicazioni in caso di successo".