Polimer Zincirinin Uzunluğu Moleküllerin Rengini Belirler

Dünyanın her yerinde, uygun uyarmadan sonra renkli ışık yayan karbon içeren veya organik moleküller üzerinde büyük miktarda araştırma ve geliştirme çalışması yapılmaktadır. Bu araştırma alanı, görüntüleme endüstrisi ve biyomedikal görüntüleme tekniklerinin gelişimi tarafından yönlendirilmektedir. Organik floresan boyalarda hassas renk ayarı şimdiye kadar genellikle farklı moleküllerin karıştırılmasıyla elde edilirken, ETH araştırmacıları artık moleküllerin kendi içindeki kimyasal ayarlamalar yoluyla geniş bir renk paleti oluşturabilen bir yaklaşım geliştirdiler.

Şimdi bize araştırmaları ve teknikleri daha kolaylaştıran bu yaklaşımı biraz inceleyelim.

ETH profesörü Jean-Christophe Leroux’un grubunun grup lideri olan Yinyin Bao ve bilim insanlarından oluşan ekibi bu çalışma için floresan organik polimerlere yöneldi. Bu polimerler, en iyi değişen uzunluklarda hareketli zincirler olarak düşünülebilir.

Bao, “Zincirlerin simetrik bir yapısı var ve içlerindeki iki bileşen floresansa katkıda bulunuyor” diye açıklıyor. “Florofor adı verilen bir bileşen zincirin ortasında bulunurken, diğer bileşen zincirin iki ucunda bir kez oluşur.” Zincirin ortasındaki floroforu zincirin her iki ucuyla birleştirmek, bilim adamlarının sayısını ve yapısını ayarlayabildiği halkalardır. Polimer zinciri, uçlarından biri floroforun yakınına gelecek şekilde bükülürse ve zincir aynı anda UV ışığına maruz kalırsa, floresan verir.

Zincir Uzunluğu Etkileşimi Etkiler

Bilim insanları artık floresan renginin sadece zincir bağlantılarının ve uçlarının yapısına değil, aynı zamanda zincir bağlantılarının sayısına da bağlı olduğunu gösterebildiler.

Bao, “Bu polimerlerin floresansından sorumlu olan zincir ucunun ve floroforun etkileşimidir,” diyor: “İki bileşen arasındaki mesafe, nasıl etkileşime girdiklerini ve dolayısıyla yayılan rengi etkiler.“
Araştırmacılar, canlı polimerizasyon adı verilen bir yöntem kullanarak zincir bağlantılarının sayısını düzenleyebilirler. İlk olarak, yavaş yavaş yapı taşlarını florofora bağlayarak zinciri kademeli olarak büyütürler. İstenen uzunluğa ulaşıldığında, bilim adamları süreci sonlandırabilir ve aynı anda zincir uç molekülünü oluşturabilir.

Araştırmacılar, farklı renklerde polimerleri bu şekilde ürettiler: 18’den az yapı taşıyla, moleküller sarı floresan; 25 zincir bağlantılı, yeşil; ve 44 veya daha fazla bağlantı ile, mavi.

Bao, “Bunun özel yanı, bu farklı ışıldayan polimerlerin tamamen aynı bileşenlerden oluşmasıdır. Tek fark zincir uzunluğudur” diyor.

Uç gruptan (gri) florofora (sarı) olan mesafe, bu iki bileşenin nasıl etkileştiğini ve dolayısıyla yayılan rengi etkiler.

ETH Profesörü Chih-Jen Shih grubundan ve Avustralya’daki Royal Melbourne Teknoloji Enstitüsü’nden bilim adamları da dahil olmak üzere araştırma ekibi, çalışmalarını Science Advances dergisinde yayınladı. Şu anda araştırmacılar sarı, yeşil ve mavi renklerde floresan polimerler üretebiliyorlar, ancak prensibi kırmızı da dahil olmak üzere diğer renkleri içerecek şekilde genişletmek için çalışıyorlar.

Bao, bu yeni floresan polimerlerin, elektrik iletkenlikleri yeterince yüksek olmadığı için ekranlarda doğrudan OLED’ler (organik LED’ler) olarak kullanılamayacağını açıklıyor. Ancak geniş renk yelpazesine sahip OLED’leri basit bir şekilde üretebilmek için polimerleri yarı iletken moleküllerle birleştirmek mümkün olmalıdır.

Konsantre güneş enerjisi santrallerinde kullanıldığında, güneş ışığını daha verimli bir şekilde toplayabilir ve böylece santrallerin verimini artırabilir. Bao, ana uygulama alanlarını, örneğin PCR’de floresan kullanan laboratuvar tanı prosedürlerinde ve ayrıca hücre biyolojisi ve tıpta mikroskopi ve görüntüleme prosedürlerinde görmektedir. Diğer potansiyel kullanımlar, banknotlarda ve sertifikalarda veya pasaportlarda güvenlik özellikleri olacaktır.