Il gruppo di spettroscopia molecolare di UPV/EHU, in collaborazione con l'Istituto di Catalisi e Chimica del Petrolio del CSIC (Consiglio Nazionale delle Ricerche Spagnolo), ha sviluppato un materiale ibrido altamente fluorescente che cambia colore a seconda della polarizzazione della luce da cui è illuminato. La ricerca è stata pubblicata in Fotonica ACS , la nuova rivista dedicata esclusivamente alla fotonica pubblicata dall'American Chemical Society.

L'obiettivo rispetto ai materiali ibridi con un componente organico e un altro inorganico è combinare le migliori caratteristiche di ciascuno in un unico sistema. I laboratori di tutto il mondo stanno lavorando per sviluppare nuovi materiali ibridi per applicazioni tecnologiche nelle nanotecnologie, in particolare, e questi materiali sono già utilizzati in materiali leggeri per auto, attrezzatura sportiva, nei materiali biomimetici, come protesi, eccetera.

Il materiale ibrido ricercato dal gruppo di ricerca del Dipartimento di Chimica Fisica doveva soddisfare una serie di requisiti molto specifici. Il materiale inorganico ospite doveva avere una struttura cristallina con nanocanali paralleli, in modo che le molecole nel materiale organico ospite, una tintura, potrebbe essere allineato; la dimensione dei pori dell'ospite doveva essere inferiore a 1 nm (un milionesimo di millimetro) in modo che il colorante si adattasse perfettamente; finalmente, non solo uno, ma erano necessari due coloranti di dimensioni e forma simili, ma dovevano avere proprietà ottiche complementari che avrebbero risposto diversamente quando stimolate dalla luce.

Quindi la sfida principale era quella di ottenere quella perfetta corrispondenza tra la nanostruttura inorganica e le molecole di colorante. Lo hanno ottenuto utilizzando come materiale ospite un alluminofosfato (AIPO-11) che ha una dimensione dei pori adatta per accogliere coloranti con una struttura di tre anelli di benzene fusi, come i prescelti:pyronin, con fluorescenza verde, e acridina, con fluorescenza blu. “I coloranti entrano in ordine, si allineano lungo i nanocanali, e le loro proprietà fluorescenti sono migliorate in essi, ” ha spiegato Virginia Martinez, un ricercatore Ramón y Cajal nel gruppo di Spettroscopia Molecolare. Il miglioramento è dovuto non solo al fatto che la flessibilità molecolare del colorante è limitata, ma anche perché quest'ultimo è incluso monomericamente, in altre parole, entra nel canale in unità separate, e grazie a ciò sono altamente luminescenti perché la fluorescenza si perde quando vengono aggiunti.

Per ottenere quella perfetta vestibilità, la procedura di sintesi ha giocato un ruolo fondamentale. Generalmente, nei materiali ibridi fotoattivi la parte organica viene inserita nella parte inorganica dalla fase gassosa o liquida per diffusione, ma con questo metodo non è stato raggiunto il livello di occlusione necessario per questa ricerca. Così hanno deciso di inserire il colorante nel gel con cui viene sintetizzato il materiale inorganico, in modo che man mano che il cristallo cresceva, il cromoforo organico veniva gradualmente incorporato.

All'inizio, hanno inserito un solo colorante, pironina, e ottenuto un materiale altamente luminescente. Infatti, utilizzando la microscopia confocale a fluorescenza, hanno registrato un allineamento quasi totale delle molecole di colorante lungo il canale (rapporto dicroico di 40), un allineamento che non era stato precedentemente segnalato.

Passarono poi ad incorporare contemporaneamente pironina e acridina nel processo di sintesi e ottennero cristalli rettangolari di 30 x 20 micron che cambiavano colore in modo sorprendente a seconda della polarizzazione della luce da cui venivano illuminati:se la polarizzazione avveniva lungo il canale era visto come verde; se si è verificato perpendicolarmente, mostrava il colore blu. Questo comportamento indicava che stava avvenendo un trasferimento di energia tra i coloranti.

“Anche la messa a punto del colore è un istantaneo, processo efficiente che può essere completamente invertito e riprodotto con elevata resistenza alla fatica, " ha sottolineato Iñigo López-Arbeloa. Quindi le potenziali applicazioni di materiali ibridi fotoattivi di questo tipo sono numerose:possono essere utilizzati come antenna nelle celle fotovoltaiche, memorizzare informazioni, nei cavi fotonici, nei sistemi laser, ecc. In effetti, il nuovo materiale ibrido costituisce un progresso nello sviluppo di laser a stato solido sintonizzabili, di grande interesse biomedico, poiché sono più facili da usare e meno inquinanti dei liquidi attualmente in uso.