El Grupo de Espectroscopía Molecular de la UPV / EHU, en colaboración con el Instituto de Catálisis y Química del Petróleo del CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas), ha desarrollado un material híbrido altamente fluorescente que cambia de color dependiendo de la polarización de la luz que lo ilumina. La investigación ha sido publicada en Fotónica ACS , la nueva revista dedicada exclusivamente a la fotónica publicada por la American Chemical Society.

Con respecto a los materiales híbridos con un componente orgánico y otro inorgánico, el objetivo es combinar los mejores atributos de cada uno en un solo sistema. Los laboratorios de todo el mundo están trabajando para desarrollar nuevos materiales híbridos para aplicaciones tecnológicas en nanotecnologías, en particular, y estos materiales ya se están utilizando en materiales ligeros para automóviles, equipo deportivo, en materiales biomiméticos, como prótesis, etc.

El material híbrido que buscaba el grupo de investigación del Departamento de Química Física debía cumplir una serie de requisitos muy específicos. El material inorgánico huésped necesitaba tener una estructura cristalina con nanocanales paralelos, de modo que las moléculas del material orgánico huésped, un tinte, podría alinearse; el tamaño de los poros del huésped tenía que ser inferior a 1 nm (una millonésima parte de un milímetro) para que el tinte se ajustara; finalmente, no sólo uno, pero se necesitaban dos tintes de tamaño y forma similares, pero tenían que tener propiedades ópticas complementarias que respondieran de manera diferente cuando fueran estimuladas por la luz.

Entonces, el principal desafío fue lograr ese ajuste perfecto entre la nanoestructura inorgánica y las moléculas de tinte. Lo lograron utilizando como material huésped un aluminofosfato (AIPO-11) que tiene un tamaño de poro adecuado para acomodar tintes con una estructura de tres anillos de benceno fusionados, como los elegidos:pironina, con fluorescencia verde, y acridina, con fluorescencia azul. “Los tintes entran en orden, se alinean a lo largo de los nanocanales, y sus propiedades fluorescentes se mejoran en ellos, ”Explicó Virginia Martínez, investigador Ramón y Cajal del grupo de Espectroscopia Molecular. La mejora se debe no solo al hecho de que la flexibilidad molecular del tinte está restringida, pero también porque este último se incluye monoméricamente, en otras palabras, entra al canal en unidades separadas, y gracias a eso son altamente luminiscentes porque la fluorescencia se pierde cuando se agregan.

Para obtener ese ajuste perfecto, el procedimiento de síntesis jugó un papel fundamental. Generalmente, en materiales híbridos fotoactivos la parte orgánica se inserta en la parte inorgánica desde la fase gaseosa o líquida mediante difusión, pero con este método no se logró el nivel de oclusión que necesitaba esta investigación. Entonces optaron por insertar el tinte en el gel con el que se sintetiza el material inorgánico, de modo que a medida que el cristal creciera, el cromóforo orgánico se iría incorporando gradualmente.

Al principio, insertaron un solo tinte, pironina, y obtuvo un material altamente luminiscente. De hecho, mediante el uso de microscopía de fluorescencia confocal, registraron una alineación casi total de las moléculas de tinte a lo largo del canal (proporción dicroica de 40), una alineación que no se había informado previamente.

Luego pasaron a incorporar pironina y acridina en el proceso de síntesis al mismo tiempo y obtuvieron cristales rectangulares de 30 x 20 micrones que cambiaron de color de manera sorprendente dependiendo de la polarización de la luz por la que estaban siendo iluminados:si la polarización tuvo lugar a lo largo del canal fue visto como verde; si ocurrió perpendicularmente, mostraba el color azul. Este comportamiento indicó que se estaba produciendo una transferencia de energía entre los tintes.

“La afinación del color también es instantánea, proceso eficiente que se puede invertir y reproducir completamente con alta resistencia a la fatiga, ", señaló Iñigo López-Arbeloa. Por lo que las aplicaciones potenciales de los materiales híbridos fotoactivos de este tipo son numerosas:se pueden utilizar como antena en células fotovoltaicas, para almacenar información, en cables fotónicos, en sistemas láser, etc. De hecho, el nuevo material híbrido constituye un avance en el desarrollo de láseres de estado sólido sintonizables, de gran interés biomédico, ya que son más fáciles de usar y menos contaminantes que los líquidos que se utilizan actualmente.