El progreso tecnológico suele estar impulsado por la ciencia de los materiales. Los dispositivos de alta tecnología requieren materiales "inteligentes" que combinen una variedad de propiedades. Un ejemplo actual impresionante son los nanotubos de carbono (CNT):hojas individuales de átomos de carbono enrolladas en un cilindro. Estos tubos ultrafinos tienen una enorme resistencia mecánica y conductividad eléctrica. También emiten luz fluorescente infrarroja, haciéndolos detectables. Esto los convierte en materiales interesantes para la futura tecnología de bio-imágenes. pero el mecanismo ha resultado sorprendentemente esquivo.
La frecuencia de la luz infrarroja emitida por los CNT cambia cuando las moléculas orgánicas se unen al exterior de los tubos. Esto proporciona una forma de "sintonizar" la fluorescencia según el propósito requerido. Sin embargo, el origen del cambio de frecuencia es difícil de investigar, porque en realidad solo se colocan unas pocas moléculas en los tubos. Por lo tanto, los métodos estándar luchan por identificarlos:una tarea del tipo de una aguja en un pajar.
Ahora, un trío de investigadores de la Universidad de Kyushu de Japón ha avanzado en la comprensión de estos cambios de frecuencia a nivel atómico. En un estudio publicado en Nanoescala , informan que utilizan la técnica de la espectro-electroquímica:aplicar un potencial eléctrico ("electro") a un material fluorescente, y medir la emisión de luz resultante ("espectro"). El uso de electricidad revela los niveles de energía de los electrones en los CNT, es decir, los orbitales alrededor de los átomos. Esto es crucial debido a que la fluorescencia consiste en electrones "excitados" que se mueven de un orbital a otro, luego liberando energía en forma de luz.
"La frecuencia de la fluorescencia de los CNT depende de las brechas entre los niveles de energía de los electrones, "explican los autores principales." Estas brechas, a su vez, dependen de qué elementos están unidos al exterior de los nanotubos. Por ejemplo, descubrimos que las moléculas que contienen bromo acercaban los niveles de energía en comparación con las moléculas con hidrógeno en la misma posición ".
Esto reduce la brecha, principalmente al elevar el orbital ocupado más alto, acercándolo a los orbitales vacíos por encima de él, y da como resultado una fluorescencia con una frecuencia más baja.
Los cambios medidos en los estados electrónicos fueron consistentes con los cambios fluorescentes. Esto confirmó que los niveles de energía de los electrones eran la clave para la sintonización de frecuencia, permitiendo a los investigadores descartar una explicación alternativa basada en la estabilidad de los electrones excitados. Parece que el efecto es causado principalmente por el campo eléctrico, o dipolo, que se genera cuando las moléculas se unen a los CNT. Este campo, Sucesivamente, depende de la capacidad de esas moléculas para alejar los electrones del carbono en los nanotubos.
"Los CNT fluorescentes podrían desempeñar un papel muy importante en la biomedicina, "dicen los autores." Nuestro método de estudio, basado en electroquímica, permitirá a los investigadores comprender los materiales fluorescentes con todos los detalles electrónicos. En el futuro cercano, esto abrirá el camino para el ajuste fino de CNT, en términos de frecuencia óptica y brillo, mediante una decoración química cuidadosamente dirigida ".
El artículo, "Efectos de los sustituyentes en los estados redox de nanotubos de carbono de pared simple funcionalizados localmente revelados por espectroelectroquímica de fotoluminiscencia in situ, "fue publicado en Nanoescala .
