Un escudo de nanopartículas hace más duraderas las moléculas luminiscentes para aplicaciones de alta tecnología
Son diminutas pero brillan intensamente: moléculas especiales emisoras de luz que se utilizan en análisis medioambientales, diagnósticos médicos e investigación energética. Sin embargo, la intensidad de su luminiscencia puede verse reducida significativamente por el oxígeno del aire. Investigadores del Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) han desarrollado ahora un "escudo nanoprotector": incrustadas en partículas de sílice a nanoescala, las moléculas con emisión inicialmente sensible al oxígeno permanecen significativamente más estables y luminiscentes, lo que supone un gran avance para las tecnologías del futuro.
Muchas tecnologías modernas utilizan moléculas emisoras de luz, los llamados luminóforos. Se utilizan, por ejemplo, como agentes de contraste para imágenes médicas o en células solares. Especialmente prometedores son compuestos como los complejos de cromo (III), también conocidos como "rubíes moleculares", desarrollados por la profesora Katja Heinze de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia. "Estas moléculas pueden emitir luz durante más de un milisegundo. Esto es ideal para muchas aplicaciones de alta tecnología", explica Ute Resch-Genger, del BAM, que dirige el proyecto DFG NILE-CHROME 2.0 con Katja Heinze. "Pero, al mismo tiempo, son muy sensibles al oxígeno y pueden perder su luminiscencia".
Un equipo de investigación interdisciplinar ha encontrado una solución sencilla para proteger del oxígeno a estas moléculas sensibles. Aprovechando la experiencia en sílice de Isabella Tavernaro, investigadora del BAM, los científicos incrustaron los luminóforos en diminutas nanopartículas de sílice. Las nanopartículas de dióxido de silicio (SiO₂), principal componente del vidrio de cuarzo, son químicamente estables y biológicamente compatibles. Al encapsular las moléculas, estas nanopartículas de sílice especialmente preparadas forman un escudo contra las influencias externas, preservando su luminiscencia.
Protección a nanoescala: Las partículas de sílice protegen a las moléculas luminiscentes del oxígeno: su luminosidad dura más.
Quelle: BAM
Método de síntesis innovador
Para proteger los luminóforos del oxígeno, el equipo interdisciplinar probó varias rutas de síntesis de nanopartículas de sílice. La solución más eficaz fue un método de síntesis poco conocido que utiliza el aminoácido natural L-arginina como catalizador. En una síntesis de dos pasos, los luminóforos se integran directamente en las nanopartículas en crecimiento, protegiéndolas completamente del oxígeno. Las mediciones han confirmado que este encapsulamiento preserva la luminiscencia de las moléculas a largo plazo.
Este método innovador podría impulsar el desarrollo de materiales luminiscentes de larga duración basados en sustancias sensibles al oxígeno. Es especialmente interesante para los llamados materiales de conversión ascendente. Estos sistemas materiales tan estudiados pueden convertir la energía luminosa de forma selectiva, por ejemplo, transformando la luz de excitación verde en emisión azul. Esto podría dar lugar en el futuro a nuevos y potentes materiales fotónicos, como sensores ópticos para mediciones precisas sin contacto o nuevos códigos luminiscentes.
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