Nanomateriales fluroescentes

Una de las mayores tentaciones para un cientA�fico consiste en tratar de reproducir los fenA?menos naturales, tan fascinantes, dada su eficacia y perfecciA?n. Ese es el objetivo que persigue el Grupo de EspectroscopA�a Molecular de la UPV/EHU, que, en el AA�o Internacional de la Luz, ha diseA�ado una serie de nanomateriales fluorescentes inspirados en los sistemas antena de las plantas.

Estos nuevos materiales multifuncionales pretenden imitar los organismos fotosintA�ticos de las plantas. Dichos microorganismos estA?n constituidos por miles de molA�culas de clorofila embebidas en una matriz proteica, la cual les otorga una determinada orientaciA?n/ordenaciA?n y distancia intermolecular. Una de las principales caracterA�sticas de estos sistemas es su funciA?n de antena, que les permite recolectar la energA�a solar en un amplio rango espectral y transportarla mediante mA?ltiples y eficientes procesos de transferencia de energA�a hasta un centro de reacciA?n especA�fico, donde finalmente se transforma en energA�a quA�mica.

Es conocido que la radiaciA?n solar se compone de mA?ltiples colores (azul, verde, amarillo, rojo, etc), como prueba la amplia gama de colores presentes en el arco iris. La finalidad de los sistemas antena artificiales consiste en captar el mayor rango de luz posible para luego convertirla eficientemente en energA�a elA�ctrica o emisiA?n de luz roja, tan A?til en aplicaciones fotA?nicas, por ejemplo, las de interA�s biomA�dico. En este sentido, y con objeto de obtener sistemas antena artificiales, el Grupo de EspectroscopA�a Molecular ha desarrollado nuevos colorantes y nanomateriales fotoactivos susceptibles de absorber un amplio intervalo de radiaciA?n cromA?tica, para, a continuaciA?n, transformarla en emisiA?n A?nicamente roja.

En estos colorantes y nanomateriales fotoactivos desarrollados por el Grupo de EspectroscopA�a Molecular coexisten molA�culas donadoras y aceptoras de energA�a. Las primeras son molA�culas fluorescentes altamente fotoestables y son los responsables de absorber la luz para posteriormente transferA�rsela a las especies aceptoras, las cuales emitirA?n luz. Esta estrategia permite reducir las limitaciones propias de los colorantes rojos, que se caracterizan por su reducida absorciA?n de luz y su baja fotoestabilidad, y supone una gran ventaja para las aplicaciones fotA?nicas y biofotA?nicas, ya que permiten mejorar la fotoestabilidad del sistema y la sensibilidad de detecciA?n.

Para el desarrollo de estos sistemas antena se ha optado por tres alternativas diferentes: dos de ellas estA?n basadas en la encapsulaciA?n de colorantes fluorescentes en soportes bien inorgA?nicos bien orgA?nicos, y otra en el ensamblaje de distintos colorantes en una A?nica estructura molecular. «Hemos remplazado la matriz proteica de los sistemas naturales por soportes sintA�ticos de dimensiones nanomA�tricas, los cuales protegen a los colorantes y proporcionan un ordenamiento significativo que ayudarA? a que los procesos de transferencia de energA�a sean viables y eficientes. Por otro lado, respecto a la parte fotoactiva, que es la encargada de interaccionar con la luz, las molA�culas de clorofila, han sido relevadas por molA�culas fluorescentes muchas de ellas sintetizadas a la carta», explica Leire Gartzia, autora de la tesis cuyos resultados mA?s relevantes se han recopilado en el artA�culo publicado en a�?International Reviews in Physical Chemistrya�?.

En la primera de las alternativas, la matriz sA?lida elegida para encapsular los colorantes fluorescentes es del aluminosilicato cristalino conocido como Zeolita L, caracterizado por poseer canales unidimensionales y con un tamaA�o de poro idA?neo (7A�), en el que las molA�culas encajan como anillo al dedo. «Esto da lugar a un nanomaterial altamente ordenado que permite modular la emisiA?n de luz, dando lugar a luz roja o blanca, dependiendo del control que hagamos sobre la eficiencia del proceso de transferencia de energA�a», aA�ade la investigadora. Esta camaleA?nica propiedad los convierte en materiales susceptibles de generar nuevos diodos emisores de luz (LEDs), destacando los de emisiA?n blanca (WLED) tan A?tiles en tecnologA�as de la iluminaciA?n como pueden ser los monitores de cristal lA�quido (LCD).

La otra matriz elegida para albergar colorantes consiste en nanopartA�culas polimA�ricas capaces de alojar en su interior concentraciones altA�simas de colorante sin que se agregue. «El confinamiento de los colorantes reduce los procesos de fotodegradaciA?n, aumenta considerablemente su vida A?til y favorece la transferencia de energA�a, lo que nos ha permitido no sA?lo obtener un sistema antena, sino tambiA�n radiaciA?n lA?ser roja sintonizable, eficiente y duradera en suspensiones acuosas estables», indica Leire Gartzia.

Por A?ltimo, se han desarrollado sistemas antena compuestos A?nica y exclusivamente por molA�culas orgA?nicas, donde la especie donadora y aceptora de energA�a estA?n unidas mediante un espaciador que asegura cortas distancias intermoleculares, logrando que los procesos de transferencia de energA�a alcancen eficiencias prA?cticamente del 100%. Esto ha significado una gran mejora en la recolecciA?n de luz a lo largo de todo el espectro visible, dando lugar a luz exclusivamente roja brillante y estable, lo que los convierte en altamente recomendables como medios activos de lA?seres sintonizables en la regiA?n cercana al infrarrojo. El principal interA�s de esta longitud de onda es su gran capacidad de penetrabilidad en los tejidos, clave en la terapia fotodinA?mica, con usos, por ejemplo, en oftalmologA�a y dermatologA�a y en el tratamiento del cA?ncer.