Un nuovo sistema di reazione è in grado di rilevare i raggi X alla massima sensibilità mai registrata utilizzando molecole organiche. Il sistema, sviluppato dai ricercatori del Nara Institute of Science and Technology (NAIST), Ikoma, Giappone; e Centre National de la Recherche Scientfique (CNRS), Tolosa, Francia, comporta la cicloreversione del terarilene, provocando il passaggio reversibile della molecola tra isoforme incolori e blu in presenza o assenza di raggi X. Con il rilevamento a dosi sicure, questo sistema di reazione dovrebbe rilevare anche i più deboli livelli di raggi X considerati pericolosi.

I materiali fotoreattivi convertono l'input di luce in output chimico e sono standard nelle tecnologie di stampa 3D e dei semiconduttori. Alcuni di questi materiali sono utilizzati anche nella protezione degli occhi, per esempio., occhiali da sole che possono ridurre l'esposizione ai raggi UV cambiando il colore delle lenti. Allo stesso modo, i lavoratori a rischio di esposizione ai raggi X sono tenuti a indossare badge di monitoraggio che indicano livelli pericolosi attraverso cambiamenti nei materiali fotoreattivi. Però, Il professor NAIST Tsuyoshi Kawai sottolinea che questi badge non eliminano completamente il rischio.

"I materiali attuali per i rilevatori indossabili sono sensibili a circa 1 Gy. Idealmente, i sistemi di gestione della sicurezza richiedono una sensibilità cento volte maggiore, " lui dice.

Kawai è un esperto nell'aumento dell'efficienza di fotoconversione delle molecole fotoreattive, avendo concentrato la sua attenzione principalmente sui terarylenes, molecole organiche con le quali il suo gruppo di ricerca ha costantemente raggiunto efficienze di reazione eccezionalmente elevate.

"Abbiamo costantemente migliorato il numero di molecole che possono subire la fotoconversione in risposta a un fotone. Era uno a uno nel 2011 e oggi diventa 33 molecole per un fotone, " lui dice.

Aumentare la resa quantica dei terarileni significa massimizzare il numero di cambiamenti che possono essere indotti da un singolo fotone. Hanno selezionato terarylenes a causa della loro reversibilità, il che significa che la molecola può essere riconvertita all'isoforma blu di partenza dopo l'esposizione alla luce ultravioletta, consentendo il ripristino del sistema per un uso ripetuto.

Infatti, il cambiamento di colore è uno dei tanti motivi per cui ritiene che le molecole organiche siano preferibili quando si considerano i rivelatori di raggi X.

"I rilevatori organici fotocromatici possono segnalare i raggi X attraverso cambiamenti di colore facilmente osservabili e sono riciclabili e facili da elaborare, " lui dice.

La modifica chiave alle molecole di terarilene è stata l'aggiunta di un gruppo fenile a una sola delle molecole due gruppi feniltiofene, che ha permesso la fotoconversione reversibile tra due isoforme. Il risultato è stato una sensibilità fino a 0,3 Gy, rendendolo più di 1000 volte più sensibile degli attuali sistemi commerciali. In particolare, 0,3 Gy è considerato un livello di esposizione sicuro, suggerendo che nessun livello pericoloso passerà inosservato.

Le reazioni di fotoconversione come la fotosintesi o la stimolazione neurale in risposta alla luce nei nostri occhi si verificano con un'efficienza inferiore al 100% (meno di una molecola reagisce a un fotone). Il sistema ideato dai ricercatori, però, potrebbe raggiungere il 3300% (33 molecole per fotone), mostrando il potenziale delle molecole organiche nei sistemi artificiali.

"Penso che questa sia la più alta efficienza mai riportata per la fotoconversione con una molecola organica, " nota Kawai.