Gli elementi costitutivi delle sostanze chimiche progettate razionalmente sono elementi semplici:carbonio, idrogeno, ossigeno e così via. Questi elementi possono essere combinati in una miriade di modi per ottenere una varietà di sostanze chimiche con caratteristiche diverse. Anche la stessa sostanza chimica può essere trattata in modo diverso, con pressione o calore, per esempio, per mostrare proprietà drasticamente diverse. Una versione più semplice è pensare a come l'acqua può essere bollita per cuocere la pasta o congelata per diventare ghiaccio:lo stesso ingrediente può essere trasformato in due stati diversi tramite il trattamento della temperatura.

Ora, i ricercatori stanno lavorando per controllare meglio come le sostanze chimiche rispondono al trattamento, nonché come riportare le sostanze chimiche al loro stato originale con poca o nessuna interferenza. Tale controllo consentirebbe agli scienziati di preparare i sistemi di rilevamento degli stimoli ambientali, così come ripetere continuamente il rilevamento.

Un team di ricercatori della Yokohama National University ha ottenuto tali risultati con un composto specifico che può emettere luce e ha potenziali applicazioni nella prossima generazione di dispositivi intelligenti come dispositivi indossabili e dipinti anticontraffazione. Hanno pubblicato i loro risultati online il 12 settembre, prima della stampa in Comunicazioni chimiche .

Il composto è un derivato del tiofene, che è un colorante con proprietà di luminescenza meccanocromica:cambia colore in base a cambiamenti fisici. Inizia a emettere un bagliore viola sotto l'irradiazione della luce UV, ma poiché è esposto a stimoli meccanici, come la molatura, il bagliore viola si sposta leggermente in blu. Un altro intervento esterno può far guarire il composto e ridiventare viola.

"I coloranti luminescenti meccanocromatici (MCL) hanno recentemente attirato un notevole interesse a causa delle loro potenziali applicazioni, " disse Suguru Ito, autore di articoli e professore associato presso il Dipartimento di Chimica e Scienze della Vita presso la Graduate School of Engineering Science presso la Yokohama National University. "Però, è ancora molto difficile progettare razionalmente coloranti MCL con le caratteristiche desiderate."

In questo studio, però, i ricercatori hanno scoperto che aggiungendo un'altra sostanza chimica chiamata DMQA, il colorante si è trasformato in arancione sotto stimoli meccanici. Il colorante non ha nemmeno bisogno di ulteriori stimoli esterni per tornare al viola.

"Abbiamo combinato due tipi di linee guida di progettazione razionale per la regolazione delle proprietà luminescenti, risultando nelle caratteristiche desiderate - e senza precedenti - di alto contrasto, coloranti autorigeneranti, " disse Ito.

La prima linea guida di progettazione razionale è che il comportamento di recupero del colorante può essere attribuito alla lunghezza del gruppo alchilico nel composto:una catena più lunga di atomi di carbonio con idrogeni nel colorante consente al colorante di ricristallizzarsi e guarire nel tempo. Il secondo è che mescolando con DMQA, la gamma di colori tra lo stato originale e lo stato fondamentale differisce notevolmente.

"Il passo successivo è stabilire una linea guida di progettazione razionale per controllare la reattività del colorante agli stimoli meccanici, " Ha detto Ito. "Il mio obiettivo finale è sviluppare un innovativo sistema di rilevamento della pressione creando razionalmente un materiale che possa cambiare il suo colore di emissione in fasi in risposta a stimoli meccanici di diversa intensità".

Con tale controllo, Ito potrebbe utilizzare stimoli meccanici per indurre con precisione una risposta specifica e intenzionale. Una piccola pressione potrebbe trasformare il bagliore viola in blu, un po' più di pressione spinge il bagliore più vicino al rosso. Un sistema con tale capacità consentirebbe cambiamenti graduali e recuperi dallo stimolo, che potrebbe essere molto vantaggioso nella prossima generazione di materiali intelligenti, secondo Ito.