Ett nytt reaktionssystem kan upptäcka röntgenstrålar med den högsta känsligheten som någonsin registrerats med hjälp av organiska molekyler. Systemet, utvecklad av forskare vid Nara Institute of Science and Technology (NAIST), Ikoma, Japan; och Centre National de la Recherche Scientfique (CNRS), Toulouse, Frankrike, involverar cykloreversion av terarylen, orsakar molekylen att växla reversibelt mellan färglösa och blå isoformer i närvaro eller frånvaro av röntgenstrålar. Med detektering vid säkra doser, detta reaktionssystem förväntas upptäcka även de svagaste röntgennivåer som anses vara farliga.

Fotoreaktiva material omvandlar ljusinmatning till kemisk effekt och är standard inom halvledar- och 3D-utskriftsteknik. Några av dessa material används också för ögonskydd, t.ex., solglasögon som kan minska UV -exponering genom att ändra linsfärgen. Liknande, arbetare som riskerar att utsättas för röntgenstrålning måste bära övervakningsmärken som indikerar farliga nivåer genom förändringar i fotoreaktiva material. Dock, NAIST -professor Tsuyoshi Kawai betonar att dessa märken inte helt eliminerar risken.

"Nuvarande material för bärbara detektorer är känsliga för cirka 1 Gy. Helst, säkerhetshanteringssystem vill ha hundra gånger mer känslighet, " han säger.

Kawai är expert på att öka fotokonverteringseffektiviteten för fotoreaktiva molekyler, ha fokuserat sin uppmärksamhet främst på terarylenes, organiska molekyler som hans forskargrupp konsekvent har uppnått exceptionellt höga reaktionseffektiviteter.

"Vi har stadigt förbättrat antalet molekyler som kan genomgå fotokonvertering som svar på en foton. Det var en till en 2011 och idag blir det 33 molekyler per en foton, " han säger.

Att öka kvantutbytet av terarylener är att maximera antalet förändringar som kan induceras av en enda foton. De har valt terarylener på grund av deras reversibilitet, vilket betyder att molekylen kan konverteras tillbaka till den blå blå isoformen vid exponering för ultraviolett ljus så att systemet kan återställas för upprepad användning.

Verkligen, färgförändringen är en av flera anledningar till att han anser att organiska molekyler är att föredra när man överväger röntgendetektorer.

"Fotokroma organiska detektorer kan rapportera röntgenstrålar genom lätt observerade färgförändringar och är återvinningsbara och lätta att bearbeta, " han säger.

Den viktigaste modifieringen av terarylenmolekylerna var tillsatsen av en fenylgrupp till endast en av molekylerna två fenyltiofengrupper, vilket möjliggjorde reversibel fotokonvertering mellan två isoformer. Resultatet var en känslighet på upp till 0,3 Gy, vilket gör det mer än 1000 gånger känsligare än nuvarande kommersiella system. I synnerhet, 0,3 Gy anses vara en säker exponeringsnivå, tyder på att ingen farlig nivå kommer att gå oupptäckt.

Fotokonverteringsreaktioner som fotosyntes eller neural stimulering som svar på ljus i våra ögon sker med mindre än 100% effektivitet (mindre än en molekyl reagerar på en foton). Systemet designat av forskarna, dock, kunde uppnå 3300% (33 molekyler per foton), visar potentialen hos organiska molekyler i artificiella system.

"Jag tror att detta är den högsta effektivitet som någonsin rapporterats för fotokonvertering med en organisk molekyl, "konstaterar Kawai.