Uno scudo di nanoparticelle rende le molecole luminescenti più resistenti per le applicazioni high-tech
Sono minuscole ma brillano intensamente: speciali molecole che emettono luce utilizzate nell'analisi ambientale, nella diagnostica medica e nella ricerca energetica. Tuttavia, la loro intensità di luminescenza può essere notevolmente ridotta dall'ossigeno presente nell'aria. I ricercatori del Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hanno ora sviluppato uno "scudo nano-protettivo": inserite in particelle di silice su scala nanometrica, le molecole con emissione inizialmente sensibile all'ossigeno rimangono significativamente più stabili e luminescenti - un importante progresso per le tecnologie orientate al futuro.
Molte tecnologie moderne utilizzano molecole che emettono luce, i cosiddetti luminofori. Vengono utilizzate, ad esempio, come agenti di contrasto per l'imaging medico o nelle celle solari. Particolarmente promettenti sono composti come i complessi di cromo(III), noti anche come "rubini molecolari", sviluppati dalla professoressa Katja Heinze dell'Università Johannes Gutenberg di Mainz. "Queste molecole possono emettere luce per più di un millisecondo. Questo è ideale per molte applicazioni high-tech", spiega Ute Resch-Genger del BAM, che guida il progetto DFG NILE-CHROME 2.0 insieme a Katja Heinze. "Ma allo stesso tempo sono molto sensibili all'ossigeno e possono perdere la loro luminescenza".
Un gruppo di ricerca interdisciplinare ha ora trovato una soluzione semplice per proteggere le molecole sensibili dall'ossigeno. Basandosi sulla competenza in materia di silice della ricercatrice del BAM Isabella Tavernaro, gli scienziati hanno incorporato i luminofori in minuscole nanoparticelle di silice. Le nanoparticelle di biossido di silicio (SiO₂), il componente principale del vetro di quarzo, sono chimicamente stabili e biologicamente compatibili. Incapsulando le molecole, queste nanoparticelle di silice appositamente preparate formano uno scudo contro le influenze esterne, preservando la loro luminescenza.
Protezione su scala nanometrica: Le particelle di silice proteggono le molecole luminescenti dall'ossigeno: la loro luminosità dura più a lungo.
Quelle: BAM
Metodo di sintesi innovativo
Per proteggere i luminofori dall'ossigeno, il team interdisciplinare ha testato diverse vie di sintesi per le nanoparticelle di silice. La soluzione più efficace è stata un metodo di sintesi poco conosciuto che utilizza l'aminoacido naturale L-arginina come catalizzatore. In una sintesi a due fasi, i luminofori vengono integrati direttamente nelle nanoparticelle in crescita, schermandole completamente dall'ossigeno. Le misurazioni hanno confermato che questo incapsulamento preserva la luminescenza delle molecole a lungo termine.
Questo metodo innovativo potrebbe far progredire lo sviluppo di materiali luminescenti di lunga durata basati su sostanze sensibili all'ossigeno. È particolarmente interessante per i cosiddetti materiali di upconversion. Questi sistemi di materiali, studiati intensamente, possono convertire l'energia luminosa in modo mirato, ad esempio convertendo la luce di eccitazione verde in emissione blu. Questo potrebbe portare in futuro a nuovi e potenti materiali fotonici, come sensori ottici per misurazioni precise senza contatto o nuovi codici luminescenti.
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