La longueur de la chaîne détermine la couleur moléculaire et permet la correspondance des couleurs pour l’imagerie médicale


La longueur de la chaîne détermine la couleur moléculaire

Ces polymères, vus ici sous lumière UV, sont constitués exactement des mêmes composants. La seule différence est leur longueur de chaîne. Crédit photo: Suiying Ye / ETH Zurich

De nombreux travaux de recherche et développement sont actuellement menés dans le monde entier sur des molécules carbonées ou organiques qui, lorsqu’elles sont correctement stimulées, émettent une lumière colorée. Ce domaine de recherche est porté par l’industrie de l’affichage et le développement des techniques d’imagerie biomédicale. Alors que la précise des dans les colorants fluorescents organiques était auparavant généralement obtenue en mélangeant différentes molécules, les chercheurs de l’ETH ont maintenant développé une approche permettant de générer une large gamme de couleurs grâce à des ajustements chimiques au sein des molécules elles-mêmes.

Yinyin Bao, chef de groupe dans le groupe du professeur d’ETH Jean-Christophe Leroux, et son équipe de scientifiques se sont tournés vers les polymères organiques fluorescents ce travail. Ces polymères peuvent être considérés au mieux comme des chaînes mobiles de différentes longueurs. «Les chaînes ont une structure symétrique et deux composants contribuent à la fluorescence», explique Bao. « Un composant, appelé fluorophore, est au milieu de la chaîne, tandis que l’autre composant apparaît une fois à chaque extrémité de la chaîne. » Le fluorophore au milieu de la chaîne à chaque extrémité de la chaîne relie des liens dont le nombre et la structure peuvent être ajustés par les scientifiques. Si la chaîne polymère est pliée de telle sorte que l’une de ses extrémités est proche du fluorophore et que la chaîne est exposée à la lumière UV en même temps, elle émettra une fluorescence.

La affecte l’interaction

Les scientifiques ont maintenant pu montrer que la fluorescente dépend non seulement de la structure des maillons et des extrémités de la chaîne, mais également du nombre de maillons de la chaîne. «C’est l’interaction entre l’extrémité de chaîne et le fluorophore qui est responsable de la fluorescence de ces polymères», explique Bao. « La distance entre les deux composants influence leur interaction et donc la couleur qui est émise. »

En utilisant une méthode connue sous le nom de polymérisation vivante, les chercheurs peuvent réguler le nombre de maillons de la chaîne. Tout d’abord, ils développent progressivement la chaîne grâce à un lent processus d’ajout de blocs de construction au fluorophore. Une fois la longueur désirée atteinte, les scientifiques peuvent arrêter le processus et créer la molécule de fin de chaîne en même temps. Les chercheurs ont produit des polymères de différentes couleurs: avec moins de 18 éléments constitutifs, les molécules deviennent fluorescentes en jaune; avec 25 maillons de chaîne, vert; et bleu avec 44 liens ou plus. «La particularité est que ces polymères différemment luminescents sont tous constitués exactement des mêmes composants. La seule différence est la longueur de la chaîne», explique Bao.

Grande palette de couleurs d’OLED

L’équipe de recherche, qui comprenait des scientifiques du groupe dirigé par le professeur de l’ETH Chih-Jen Shih et le Royal Melbourne Institute of Technology en Australie, a publié ses travaux dans la revue Progrès de la science. Actuellement, les chercheurs peuvent fabriquer des polymères fluorescents en jaune, vert et bleu, mais s’efforcent d’étendre le principe à 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 assez élevée, explique Bao. Cependant, il devrait être possible de combiner les polymères avec des molécules semi-conductrices afin de produire de manière simple des OLED avec une large gamme de couleurs. Dans les centrales solaires à concentration, ils pourraient également collecter la lumière du soleil plus efficacement et ainsi augmenter l’efficacité des systèmes. Bao voit leurs principaux domaines d’application dans les méthodes de diagnostic de laboratoire utilisant la fluorescence, par exemple en PCR, ainsi que dans les méthodes de microscopie et d’imagerie en biologie cellulaire et en médecine. D’autres utilisations possibles seraient des éléments de sécurité sur les billets et les certificats ou dans les passeports.


Le polymère de pinceau le plus long au monde jamais synthétisé


Plus d’information:
Ye S et coll. Correspondance continue des couleurs de l’émission unique de fluorophore par transfert de charge médié par polymérisation à travers l’espace, Progrès de la science, 7 avril 2021, DOI: 10.1126 / sciadv.abd1794

Citation: La longueur de la chaîne détermine la couleur moléculaire et permet la correspondance des couleurs pour l’imagerie médicale (2021, 7 avril), qui sera disponible le 7 avril 2021 sur https://phys.org/news/2021-04-chain-length- moléculaire-couleur-tuning-medical a été récupéré .html

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