Intorno al mondo, un'enorme quantità di lavoro di ricerca e sviluppo è attualmente in corso su materiali contenenti carbonio, o organico, molecole che emettono luce colorata dopo opportuna eccitazione. Questo campo di ricerca è guidato dall'industria dei display e dallo sviluppo di tecniche di imaging biomedico. Mentre la precisa regolazione del colore nei coloranti fluorescenti organici è stata finora generalmente ottenuta mescolando diverse molecole, I ricercatori dell'ETH hanno ora sviluppato un approccio in grado di generare un'ampia gamma di colori mediante aggiustamenti chimici all'interno delle molecole stesse.

Yinyin Bao, un capogruppo nel gruppo del professore dell'ETH Jean-Christophe Leroux, e il suo team di scienziati si è rivolto a polimeri organici fluorescenti per questo lavoro. Questi polimeri possono essere meglio pensati come catene mobili di lunghezza variabile. "Le catene hanno una struttura simmetrica, e due componenti al loro interno contribuiscono alla fluorescenza, " Bao spiega. "Un componente, chiamato il fluoroforo, siede nel mezzo della catena, mentre l'altro componente si verifica una volta a ciascuna delle due estremità della catena." Unendo il fluoroforo nel mezzo della catena con ciascuna estremità della catena ci sono collegamenti il ​​cui numero e struttura gli scienziati possono regolare. Se la catena polimerica è piegata in modo che uno dei le sue estremità si trovano vicino al fluoroforo e la catena viene contemporaneamente irradiata con luce UV, è fluorescente.

La distanza influisce sull'interazione

Gli scienziati sono stati ora in grado di dimostrare che il colore della fluorescenza dipende non solo dalla struttura delle maglie e delle estremità della catena, ma anche sul numero di maglie della catena. "È l'interazione tra l'estremità della catena e il fluoroforo che è responsabile della fluorescenza di questi polimeri, " Bao dice:"La distanza tra i due componenti influenza il modo in cui interagiscono e quindi il colore emesso".

Utilizzando un metodo chiamato polimerizzazione vivente, i ricercatori possono regolare il numero di anelli di catena. Primo, essi fanno crescere gradualmente la catena mediante un lento processo di adesione dei blocchi costitutivi al fluoroforo. Una volta raggiunta la lunghezza desiderata, gli scienziati possono terminare il processo e contemporaneamente generare la molecola terminale della catena. È così che i ricercatori hanno prodotto polimeri con colori diversi:con meno di 18 elementi costitutivi, le molecole diventano gialle; con 25 maglie di catena, verde; e con 44 o più collegamenti, blu. "La particolarità di questo è che questi polimeri diversamente luminescenti sono tutti composti esattamente dagli stessi componenti. L'unica differenza è la lunghezza della catena, " dice Bao.

OLED ad ampia gamma di colori

Il gruppo di ricerca, tra cui scienziati del gruppo del professor Chih-Jen Shih dell'ETH e del Royal Melbourne Institute of Technology in Australia, hanno pubblicato il loro lavoro sulla rivista Progressi scientifici . Attualmente, i ricercatori possono produrre polimeri fluorescenti in giallo, verde e blu, ma stanno lavorando per estendere il principio per includere altri colori, compreso il rosso.

Questi nuovi polimeri fluorescenti non possono essere utilizzati direttamente come OLED (LED organici) nei display perché la loro conduttività elettrica non è sufficientemente elevata, Bao spiega. Però, dovrebbe essere possibile combinare i polimeri con molecole semiconduttrici per produrre OLED con un'ampia gamma di colori in modo semplice. Utilizzato in centrali solari a concentrazione, potrebbero anche raccogliere la luce solare in modo più efficiente e quindi aumentare l'efficienza delle piante. Bao vede le loro principali aree di applicazione nelle procedure diagnostiche di laboratorio che utilizzano la fluorescenza, per esempio nella PCR, così come nella microscopia e nelle procedure di imaging in biologia cellulare e medicina. Altri potenziali usi sarebbero come elementi di sicurezza su banconote e certificati o nei passaporti.