O escudo de nanopartículas torna as moléculas luminescentes mais duradouras para aplicações de alta tecnologia
São minúsculas mas brilham intensamente: moléculas especiais emissoras de luz utilizadas em análises ambientais, diagnósticos médicos e investigação energética. No entanto, a intensidade da sua luminescência pode ser significativamente reduzida pelo oxigénio do ar. Os investigadores do Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) desenvolveram agora um "escudo nano-protetor": incorporadas em partículas de sílica em nano-escala, as moléculas com emissão inicialmente sensível ao oxigénio permanecem significativamente mais estáveis e luminescentes - um grande avanço para as tecnologias orientadas para o futuro.
Muitas tecnologias modernas utilizam moléculas emissoras de luz, os chamados luminóforos. São utilizadas, por exemplo, como agentes de contraste para imagiologia médica ou em células solares. Particularmente promissores são compostos como os complexos de crómio (III), também conhecidos como "rubis moleculares", desenvolvidos pela Professora Katja Heinze da Universidade Johannes Gutenberg em Mainz. "Estas moléculas podem emitir luz durante mais de um milissegundo. Isto é ideal para muitas aplicações de alta tecnologia", explica Ute Resch-Genger do BAM, que lidera o projeto NILE-CHROME 2.0 da DFG com Katja Heinze. "Mas, ao mesmo tempo, são muito sensíveis ao oxigénio e podem perder a sua luminescência".
Uma equipa de investigação interdisciplinar encontrou agora uma solução simples para proteger as moléculas sensíveis do oxigénio. Com base nos conhecimentos de sílica da investigadora do BAM Isabella Tavernaro, os cientistas incorporaram os luminóforos em minúsculas nanopartículas de sílica. As nanopartículas feitas de dióxido de silício (SiO₂), o principal componente do vidro de quartzo, são quimicamente estáveis e biologicamente compatíveis. Ao encapsularem as moléculas, estas nanopartículas de sílica especialmente preparadas formam um escudo contra influências externas, preservando a sua luminescência.
Proteção à nanoescala: As partículas de sílica protegem as moléculas luminescentes do oxigénio - a sua luminosidade dura mais tempo.
Quelle: BAM
Método de síntese inovador
Para proteger os luminóforos do oxigénio, a equipa interdisciplinar testou várias vias de síntese das nanopartículas de sílica. A solução mais eficaz foi um método de síntese pouco conhecido que utiliza o aminoácido natural L-arginina como catalisador. Numa síntese em duas fases, os luminóforos são diretamente integrados nas nanopartículas em crescimento, protegendo-as completamente do oxigénio. As medições confirmaram que este encapsulamento preserva a luminescência das moléculas a longo prazo.
Este método inovador poderá fazer avançar o desenvolvimento de materiais luminescentes de longa duração baseados em substâncias sensíveis ao oxigénio. É particularmente interessante para os chamados materiais de conversão ascendente. Estes sistemas de materiais, intensamente estudados, podem converter a energia luminosa de uma forma direcionada, por exemplo, convertendo a luz verde de excitação em emissão azul. Isto poderá conduzir a novos e poderosos materiais fotónicos no futuro, tais como sensores ópticos para medições precisas sem contacto ou novos códigos luminescentes.
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