Autour du monde, un énorme travail de recherche et développement est actuellement mené sur le carbone, ou bio, molécules qui émettent une lumière colorée après une excitation appropriée. Ce domaine de recherche est porté par l'industrie de l'affichage et le développement des techniques d'imagerie biomédicale. Alors que l'ajustement précis des couleurs dans les colorants fluorescents organiques a jusqu'à présent été généralement obtenu en mélangeant différentes molécules, Les chercheurs de l'ETH ont maintenant développé une approche qui peut générer une large palette de couleurs au moyen d'ajustements chimiques au sein des molécules elles-mêmes.

Yinyin Bao, un chef de groupe dans le groupe du professeur de l'ETH Jean-Christophe Leroux, et son équipe de scientifiques se sont tournées vers les polymères organiques fluorescents pour ce travail. Ces polymères peuvent être mieux considérés comme des chaînes mobiles de différentes longueurs. "Les chaînes ont une structure symétrique, et deux composants en leur sein contribuent à la fluorescence, " explique Bao. " Un composant, appelé le fluorophore, se trouve au milieu de la chaîne, tandis que l'autre composant se produit une fois à chacune des deux extrémités de la chaîne." Joindre le fluorophore au milieu de la chaîne avec chaque extrémité de la chaîne sont des maillons dont les scientifiques peuvent ajuster le nombre et la structure. Si la chaîne polymère est pliée de sorte que l'un des ses extrémités viennent se situer à proximité du fluorophore et la chaîne est simultanément irradiée avec de la lumière UV, il est fluorescent.

La distance affecte l'interaction

Les scientifiques ont maintenant pu montrer que la couleur de fluorescence ne dépend pas seulement de la structure des maillons et des extrémités de la chaîne, mais aussi sur le nombre de maillons de la chaîne. "C'est l'interaction du bout de chaîne et du fluorophore qui est responsable de la fluorescence de ces polymères, " Bao dit :" La distance entre les deux composants affecte la façon dont ils interagissent et donc la couleur qui est émise. "

En utilisant une méthode appelée polymérisation vivante, les chercheurs peuvent réguler le nombre de maillons de la chaîne. D'abord, ils développent progressivement la chaîne par un processus lent de fixation de blocs de construction au fluorophore. Une fois la longueur désirée atteinte, les scientifiques peuvent terminer le processus et générer simultanément la molécule d'extrémité de chaîne. C'est ainsi que les chercheurs ont produit des polymères de différentes couleurs :avec moins de 18 briques élémentaires, les molécules sont fluorescentes en jaune; avec 25 maillons de chaîne, vert; et avec 44 liens ou plus, bleu. "Ce qui est spécial à ce sujet, c'est que ces polymères différemment luminescents sont tous composés exactement des mêmes composants. La seule différence est la longueur de la chaîne, " dit Bao.

Large gamme de couleurs OLED

L'équipe de recherche, y compris des scientifiques du groupe du professeur de l'ETH Chih-Jen Shih et du Royal Melbourne Institute of Technology en Australie, ont publié leurs travaux dans la revue Avancées scientifiques . Actuellement, les chercheurs peuvent produire des polymères fluorescents en jaune, vert et bleu, mais ils travaillent à étendre le principe pour inclure d'autres couleurs, y compris le rouge.

Ces nouveaux polymères fluorescents ne peuvent pas être utilisés directement comme OLED (LED organiques) dans les écrans car leur conductivité électrique n'est pas suffisamment élevée, Bao explique. Cependant, il devrait être possible de combiner les polymères avec des molécules semi-conductrices afin de produire des OLED à large gamme de couleurs de manière simple. Utilisé dans les centrales solaires à concentration, ils pourraient également capter la lumière du soleil plus efficacement et ainsi augmenter l'efficacité des plantes. Bao voit leurs principaux domaines d'application dans les procédures de diagnostic de laboratoire qui utilisent la fluorescence, par exemple en PCR, ainsi que dans les procédures de microscopie et d'imagerie en biologie cellulaire et en médecine. D'autres utilisations potentielles seraient comme éléments de sécurité sur les billets de banque et les certificats ou dans les passeports.