De nouveaux matériaux fluorescents offrent des opportunités pour les écrans d’ordinateur et les biomarqueurs

Les scientifiques de l’Université de Leipzig peuvent désormais accéder à une nouvelle classe de matériaux fluorescents. La fluorescence est un phénomène naturel fascinant basé sur le fait que certains matériaux peuvent absorber la lumière d’une certaine longueur d’onde et ensuite émettre de la lumière d’une longueur d’onde différente. Les matériaux fluorescents jouent un rôle important dans notre vie quotidienne, par exemple dans les écrans modernes. En raison de la forte demande d’applications, la science s’efforce constamment de produire de nouvelles molécules facilement accessibles avec une efficacité de fluorescence élevée.

La professeure chimiste Evamarie Hey-Hawkins de l’Université de Leipzig et ses collègues se sont spécialisés dans une classe particulière de matériaux fluorescents – les phospholes. Ceux-ci sont constitués de charpentes hydrocarbonées avec un atome de phosphore central. Dans des expériences avec cette substance, Nils König du groupe de travail de Hey-Hawkins a trouvé accès à de nouveaux matériaux fluorescents (communiqué de presse).

Une nouvelle classe de substances

« Les phosphores peuvent être modifiés par certaines réactions chimiques, ce qui a un impact majeur sur la couleur et l’efficacité de la fluorescence de la molécule. Une autre particularité de ces substances est leur structure en forme d’hélice », explique König. Lorsque ces molécules sont dissoutes dans un solvant et exposées à la lumière UV, elles ne deviennent pas fluorescentes. L’énergie absorbée est libérée sous forme de mouvement de rotation, faisant tourner les molécules comme une hélice dans le solvant. Dans un état cristallin, cependant, la capacité de rotation est sévèrement limitée, ce qui rend les substances fortement fluorescentes sous la lumière UV. Ce comportement est connu sous le nom d’émission induite par agrégation (AIE).

Dans l’article récemment publié, Nils König et ses collègues ont démontré une nouvelle réaction sur les phospholes à base d’AIE, qui a donné accès à une nouvelle classe de substances. Les phosphones peuvent être modifiés dans des conditions douces par des isocyanates, une classe réactive de substances composées des éléments azote, oxygène et carbone, qui sont peu coûteuses et largement disponibles en raison de leurs applications industrielles dans le domaine des polymères et de la biochimie. Cette réaction, qui contredit la chimie organique classique, se caractérise par des rendements élevés et une excellente économie d’atomes.

Interaction unique

Les propriétés optiques des nouvelles substances ont été étudiées en collaboration avec l’Institut d’ingénierie des surfaces (IOM) de Leipzig, ainsi qu’avec le Centre de nanotechnologie (CeNTech) et l’Université de Münster (WWU). Il s’est avéré que la simple modification augmentait considérablement l’efficacité de la fluorescence par rapport aux substances d’origine. Cela est dû à la formation d’une interaction unique entre les parties de la structure moléculaire, qui renforce considérablement la molécule à l’état solide et conduit à une fluorescence plus forte. La nouvelle méthode de modification apporte ainsi une contribution majeure à la compréhension du concept AIE et pourrait servir d’outil pour synthétiser de nouveaux colorants efficaces pour les écrans ou comme marqueurs pour les biomolécules.