Un nouveau système de réaction peut détecter les rayons X à la plus haute sensibilité jamais enregistrée en utilisant des molécules organiques. Le système, développé par des chercheurs de l'Institut des sciences et technologies de Nara (NAIST), Ikoma, Japon; et Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Toulouse, La France, implique la cycloréversion du terarylène, provoquant la commutation réversible de la molécule entre les isoformes incolores et bleues en présence ou en l'absence de rayons X. Avec une détection à des doses sûres, ce système de réaction devrait détecter même les niveaux de rayons X les plus faibles considérés comme dangereux.

Les matériaux photoréactifs convertissent l'entrée de lumière en sortie chimique et sont standard dans les technologies des semi-conducteurs et de l'impression 3D. Certains de ces matériaux sont également utilisés dans la protection des yeux, par exemple., lunettes de soleil qui peuvent réduire l'exposition aux UV en changeant la couleur des verres. De la même manière, les travailleurs à risque d'exposition aux rayonnements X sont tenus de porter des badges de surveillance indiquant les niveaux dangereux dus aux modifications des matériaux photoréactifs. Cependant, Le professeur NAIST Tsuyoshi Kawai souligne que ces badges n'éliminent pas complètement le risque.

"Les matériaux actuels pour les détecteurs portables sont sensibles à environ 1 Gy. Idéalement, les systèmes de gestion de la sécurité veulent environ cent fois plus de sensibilité, " il dit.

Kawai est un expert pour augmenter l'efficacité de photoconversion des molécules photoréactives, ayant concentré son attention principalement sur les térarylènes, molécules organiques avec lesquelles son équipe de recherche a constamment atteint des rendements de réaction exceptionnellement élevés.

« Nous n'avons cessé d'améliorer le nombre de molécules pouvant subir une photoconversion en réponse à un photon. C'était un pour un en 2011 et aujourd'hui il devient 33 molécules pour un photon, " il dit.

Augmenter le rendement quantique des térarylènes, c'est maximiser le nombre de changements qui peuvent être induits par un seul photon. Ils ont sélectionné les térarylènes en raison de leur réversibilité, ce qui signifie que la molécule peut être reconvertie en l'isoforme bleue de départ lors de l'exposition à la lumière ultraviolette, ce qui permet de réinitialiser le système pour une utilisation répétée.

En effet, le changement de couleur est l'une des nombreuses raisons pour lesquelles il pense que les molécules organiques sont préférables lorsqu'il s'agit de détecteurs de rayons X.

« Les détecteurs organiques photochromiques peuvent signaler les rayons X grâce à des changements de couleur facilement observés et sont recyclables et faciles à traiter, " il dit.

La modification clé des molécules de terarylène était l'ajout d'un groupe phényle à une seule des molécules deux groupes phénylthiophène, qui a permis une photoconversion réversible entre deux isoformes. Le résultat était une sensibilité allant jusqu'à 0,3 Gy, ce qui le rend plus de 1000 fois plus sensible que les systèmes commerciaux actuels. Notamment, 0,3 Gy est considéré comme un niveau d'exposition sûr, suggérant qu'aucun niveau dangereux ne passera inaperçu.

Les réactions de photoconversion comme la photosynthèse ou la stimulation neuronale en réponse à la lumière dans nos yeux se produisent à moins de 100 % d'efficacité (moins d'une molécule réagit à un photon). Le système conçu par les chercheurs, cependant, pourrait atteindre 3300% (33 molécules par photon), montrant le potentiel des molécules organiques dans les systèmes artificiels.

"Je pense que c'est la plus haute efficacité jamais rapportée pour la photoconversion avec une molécule organique, " note Kawaï.