Runt världen, en stor mängd forsknings- och utvecklingsarbete görs för närvarande på kolhaltiga, eller ekologisk, molekyler som avger färgat ljus efter lämplig excitation. Detta forskningsfält drivs av displayindustrin och utvecklingen av biomedicinsk bildteknik. Medan exakt färginställning i organiska fluorescerande färgämnen hittills vanligtvis har uppnåtts genom att blanda olika molekyler, ETH -forskare har nu utvecklat ett tillvägagångssätt som kan generera en bred färgpalett genom kemiska justeringar inom molekylerna själva.

Yinyin Bao, gruppledare i gruppen ETH-professor Jean-Christophe Leroux, och hans team av forskare vände sig till fluorescerande organiska polymerer för detta arbete. Dessa polymerer kan bäst ses som rörliga kedjor av varierande längd. "Kedjorna har en symmetrisk struktur, och två komponenter i dem bidrar till fluorescensen, "Bao förklarar." En komponent, kallade fluoroforen, sitter mitt i kedjan, medan den andra komponenten förekommer en gång i var och en av kedjans två ändar. "Anslutning till fluoroforen i mitten av kedjan med varje ände av kedjan är länkar vars antal och struktur forskare kan justera. Om polymerkedjan är böjd så att en av dess ändar kommer att ligga nära fluoroforen och kedjan bestrålas samtidigt med UV -ljus, det fluorescerar.

Avstånd påverkar interaktionen

Forskarna har nu kunnat visa att fluorescensfärgen inte bara beror på kedjelänkarnas och ändarnas struktur, men också på antalet kedjelänkar. "Det är interaktionen mellan kedjeänden och fluoroforen som är ansvarig för fluorescensen av dessa polymerer, "Bao säger:" Avståndet mellan de två komponenterna påverkar hur de interagerar och därmed färgen som avges. "

Med hjälp av en metod som kallas levande polymerisation, forskarna kan reglera antalet kedjelänkar. Först, de växer gradvis kedjan genom en långsam process för att fästa byggstenar till fluoroforen. När önskad längd har uppnåtts, forskarna kan avsluta processen och samtidigt generera kedjeslutmolekylen. Så här producerade forskarna polymerer med olika färger:med färre än 18 byggstenar, molekylerna fluorescerar gult; med 25 kedjelänkar, grön; och med 44 eller fler länkar, blå. "Det speciella med det här är att dessa olika självlysande polymerer alla består av exakt samma komponenter. Den enda skillnaden är kedjelängden, "Säger Bao.

Stort OLED -färgintervall

Forskargruppen, inklusive forskare från gruppen ETH-professor Chih-Jen Shih och från Royal Melbourne Institute of Technology i Australien, publicerade sitt arbete i tidningen Vetenskapliga framsteg . För närvarande, forskarna kan producera fluorescerande polymerer i gult, grönt och blått, men de arbetar med att utvidga principen till att inkludera andra färger, inklusive rött.

Dessa nya fluorescerande polymerer kan inte användas direkt som OLED (organiska lysdioder) i displayer eftersom deras elektriska konduktivitet inte är tillräckligt hög, Bao förklarar. Dock, det borde vara möjligt att kombinera polymererna med halvledande molekyler för att på ett enkelt sätt producera ett brett färgintervall med OLED. Används i koncentrerade solkraftverk, de skulle också kunna samla solljus mer effektivt och därmed öka växternas effektivitet. Bao ser sina huvudsakliga tillämpningsområden i laboratoriediagnostiska förfaranden som använder fluorescens, till exempel i PCR, liksom i mikroskopi och avbildningsprocedurer inom cellbiologi och medicin. Andra möjliga användningsområden skulle vara som säkerhetsfunktioner på sedlar och certifikat eller i pass.