Los investigadores han desarrollado un algoritmo para la fotoquímica, acercando el campo floreciente un paso más al objetivo de usar diferentes colores de luz como un interruptor para activar una variedad de reacciones químicas diferentes en un solo material.

Un equipo de investigación de QUT, que consta de Ph.D. estudiante Jan Philipp Menzel, Profesor Christopher Barner-Kowollik y Profesor Asociado James Blinco, junto con el Dr. Benjamin Noble de RMIT, han publicado sus hallazgos en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

En su estudio, Predicción de la selectividad y reactividad fotoquímica dependiente de la longitud de onda, los investigadores han esbozado una herramienta predictiva para que los científicos puedan predeterminar cuánta luz se necesita para producir ciertos resultados de reacciones fotoquímicas.

El primer autor, el Sr.Menzel, realizó una serie de experimentos con un láser, trabajando su camino hacia arriba en el espectro con precisión nanométrica para registrar los resultados.

"Nuestro objetivo era comprender cómo funcionan las moléculas y cómo podemos predecir cuánto va a reaccionar, cuando se utilizan diferentes colores de luz ", dijo el Sr. Menzel.

El profesor Blinco dijo que el estudio se propuso proporcionar el tipo de información que tendrían los investigadores que inducen reacciones ajustando la temperatura.

"Con una reacción normal, probablemente usarías calor; lo hacemos con luz, "Dijo el profesor Blinco.

"Entonces, en lugar de tener que predecir cuánta energía necesita para generar calor, se trata de predecir cuánta energía necesitamos inyectar a través de la luz.

"Con reacciones químicas impulsadas por el calor, si lo calientas más, entonces la reacción potencialmente se acelera. Con reacciones inducidas por la luz, tenemos la ventaja de que podemos usar todos los colores del arcoíris, y los fotones con esos colores diferentes tienen energías diferentes.

"Así que significa que tienes una sintonía mucho más fina para poder marcar los detalles de tu reacción".

Menzel dijo que la luz ultravioleta (fotones con longitud de onda corta) tiene suficiente energía para causar reacciones que podrían, por ejemplo, conducir al cáncer de piel, mientras que la luz visible (fotones con una longitud de onda más larga) no pudo. Similar, cambiando la energía de los fotones y su intensidad, como ajustar un regulador de intensidad, provocó una reacción más fuerte o ninguna reacción química en absoluto.

Becario Laureado del Consejo de Investigación Australiano (ARC), el profesor Barner-Kowollik, un nanotecnólogo de materia blanda líder en el mundo cuya carrera se centra en el poder y las posibilidades de la luz en la química macromolecular, dijo que el objetivo a largo plazo era la "selectividad de la reacción quirúrgica".

"Una de las preguntas clave de la fotoquímica es:¿Cómo se pueden seleccionar los colores de la luz para que tengan un impacto diferente en los materiales presentes? "Dijo el profesor Barner-Kowollik.

"¿Con qué tipo de luz solo puedo activar el reactivo A, y qué color de luz tendremos que usar para activar el reactivo B sin afectar al reactivo A.

"Con nuestro algoritmo, los científicos pueden usar la luz para controlar a distancia qué material se está creando, cambiar de un material a uno completamente diferente encendiendo y apagando cada fuente de luz.

"El poder de la luz transforma la forma en que fabricamos materiales de próxima generación para la salud, movilidad y mundo digital, explotando su naturaleza ubicua y la precisión de los láseres ".

Si bien los investigadores se centran actualmente en el nivel molecular, El panorama general es cómo se podrían usar diferentes colores (longitudes de onda) de luz en el futuro para crear una serie de reacciones en un material.

El profesor Barner-Kowollik dice que la ciencia fundamental podría usarse en las generaciones futuras de impresoras 3D para crear estructuras muy pequeñas.

"Imagine una impresora que usa diferentes colores de luz para activar diferentes elementos cuando necesita imprimir cosas, como estructuras intrincadas en campos biomédicos, con diferentes propiedades, como duro o blando, o conductor o aislante, "Dijo el profesor Barner-Kowollik.

"La ciencia ficción de esto, es que la impresora selecciona entre 10 colores diferentes de luz, para imprimir todas las propiedades. Pero para eso es necesario tener selectividad ".

El profesor Barner-Kowollik dijo que uno de los desafíos que le gustaría superar en los próximos cinco años sería establecer la litografía láser 3D multicolor para permitir la impresión 3D de propiedades de materiales dispares utilizando solo una resina de impresión (tinta).

"Quizás sería el desafío más crítico en la impresión 3D, lo que requeriría que las reacciones químicas puedan ser abordadas en longitud de onda selectivamente por diferentes colores de luz en procesos de dos fotones, "Dijo el profesor Barner-Kowollik.

"Es ciencia ficción en la actualidad, pero con enormes implicaciones si tiene éxito ".