Les chercheurs ont développé un algorithme pour la photochimie, rapprocher le domaine en plein essor de l'objectif d'utiliser différentes couleurs de lumière comme un interrupteur pour activer une gamme de réactions chimiques différentes dans un seul matériau.

Une équipe de recherche QUT, consistant en un doctorat étudiant Jan Philipp Menzel, le professeur Christopher Barner-Kowollik et le professeur agrégé James Blinco, avec le Dr Benjamin Noble du RMIT, ont publié leurs découvertes dans la revue Communication Nature .

Dans leur étude, Prédire la réactivité et la sélectivité photochimiques dépendantes de la longueur d'onde, les chercheurs ont décrit un outil prédictif afin que les scientifiques puissent prédéterminer la quantité de lumière nécessaire pour produire certains résultats de réactions photochimiques.

Le premier auteur, M. Menzel, a mené une série d'expériences avec un laser, remonter le spectre avec une précision nanométrique pour enregistrer les résultats.

"Notre objectif était de comprendre comment fonctionnent les molécules et comment nous pouvons prédire combien va réagir, lors de l'utilisation de différentes couleurs de lumière", a déclaré M. Menzel.

Le professeur Blinco a déclaré que l'étude visait à fournir le type d'informations que les chercheurs induisant des réactions en ajustant la température auraient.

"Avec une réaction normale, vous utiliseriez probablement de la chaleur - nous le faisons avec de la lumière, " dit le professeur Blinco.

« Donc, au lieu d'avoir à prédire la quantité d'énergie que vous devez injecter grâce à la chaleur, il s'agit de prédire la quantité d'énergie que nous devons injecter grâce à la lumière.

"Avec des réactions chimiques entraînées par la chaleur, si vous le chauffez plus, alors la réaction va potentiellement plus vite. Avec des réactions induites par la lumière, nous avons l'avantage de pouvoir utiliser toutes les couleurs de l'arc-en-ciel, et les photons avec ces différentes couleurs ont des énergies différentes.

« Donc, cela signifie que vous avez un réglage beaucoup plus fin pour pouvoir composer les détails de votre réaction. »

M. Menzel a déclaré que la lumière ultraviolette (photons à courte longueur d'onde) avait suffisamment d'énergie pour provoquer des réactions qui pourraient, par exemple, conduire au cancer de la peau, alors que la lumière visible (photons avec une longueur d'onde plus longue) ne le pouvait pas. De la même manière, changer soit l'énergie des photons et leur intensité, comme régler un gradateur, causé soit une réaction plus forte, soit aucune réaction chimique du tout.

Le professeur Barner-Kowollik, lauréat du Australian Research Council (ARC), un nanotechnologue de la matière molle de renommée mondiale dont la carrière est centrée sur la puissance et les possibilités de la lumière en chimie macromoléculaire, a déclaré que l'objectif à long terme était "la sélectivité de la réaction chirurgicale".

« L'une des questions clés en photochimie est : Comment pouvez-vous sélectionner les couleurs de la lumière afin qu'elles aient un impact différent sur les matériaux présents ? " a déclaré le professeur Barner-Kowollik.

"Avec quel type de lumière puis-je activer uniquement le réactif A, et quelle couleur de lumière devrons-nous utiliser pour activer le réactif B sans affecter le réactif A.

"Avec notre algorithme, les scientifiques peuvent utiliser la lumière pour contrôler à distance le matériau en cours de création, passer d'un matériau à un autre en allumant et éteignant chaque source lumineuse.

« La puissance de la lumière transforme la façon dont nous fabriquons des matériaux de nouvelle génération pour la santé, mobilité et monde numérique, en exploitant sa nature omniprésente et la précision des lasers."

Alors que les chercheurs se concentrent actuellement sur le niveau moléculaire, la vue d'ensemble est de savoir comment différentes couleurs (longueurs d'onde) de lumière pourraient être utilisées à l'avenir pour créer une série de réactions dans un seul matériau.

Le professeur Barner-Kowollik affirme que la science fondamentale pourrait être utilisée dans les futures générations d'imprimantes 3D créant de très petites structures.

« Imaginez une imprimante qui utilise différentes couleurs de lumière pour activer différents éléments lorsqu'elle doit imprimer des choses - comme des structures complexes dans les domaines biomédicaux - avec des propriétés différentes, tels que durs ou mous, ou conducteur ou isolant, " a déclaré le professeur Barner-Kowollik.

"La science-fiction de celui-ci, est que l'imprimante sélectionne parmi 10 couleurs de lumière différentes, pour imprimer toutes les propriétés. Mais pour cela, il faut avoir de la sélectivité."

Le professeur Barner-Kowollik a déclaré que l'un des défis qu'il aimerait relever au cours des cinq prochaines années serait d'établir une lithographie laser 3D multicolore pour permettre l'impression 3D de propriétés de matériaux disparates en utilisant une seule résine d'impression (encre).

"Ce serait peut-être le défi le plus critique de l'impression 3D, ce qui nécessiterait que les réactions chimiques puissent être adressées sélectivement en longueur d'onde par différentes couleurs de lumière dans des processus à deux photons, " a déclaré le professeur Barner-Kowollik.

"C'est de la science-fiction en ce moment, mais avec d'énormes implications en cas de succès."