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Molecole organiche per nuovi dispositivi

Le stesse molecole che si trovano nell’emoglobina e nella clorofilla potrebbero essere la base dell’optoelettronica del domani e di dispositivi di memorizzazione magnetica dei dati. Alcuni ricercatori finanziati dall’UE hanno caratterizzato nuove strutture per il progresso di questa tecnologia.
Molecole organiche per nuovi dispositivi
Il rilevamento del voltaggio è importante in molte applicazioni, e viene di norma eseguito con dispositivi elettrici tradizionali come gli elettrodi. Il rilevamento ottico del voltaggio apre la strada a una nuova era di dispositivi. Gli scienziati hanno manipolato le molecole coinvolte nel trasferimento di elettroni per sviluppare fluorescenza voltaggio-sensibile nell’ambito del progetto VOLTAGE-PROBE (“Optical probes for membrane potential via photo induced electron transfer”).

I ricercatori si sono concentrati sulle porfirine, molecole presenti in natura composte da quattro gruppi eterociclici collegati, spesso con un atomo di metallo nel centro. Le porfirine formano molte sostanze importanti nel corpo, inclusa l’emoglobina, una proteina nei globuli rossi con ferro nel centro, che trasporta l’ossigeno. Costituiscono anche la clorofilla, il pigmento verde presente nelle piante, responsabile dell’assorbimento della luce. Queste strutture dimostrano anche comportamenti magnetici inconsueti sulla base dello spin elettronico, e potrebbero portare a una nuova memorizzazione magnetica dei dati su base organica.

Il trasferimento di elettroni fotoindotto nelle porfirine monomeriche è stato ampiamente studiato. Si sa molto poco degli oligomeri porfirinici, molecole costituite da due o più molecole porfiriniche unite insieme. VOLTAGE-PROBE ha sintetizzato macromolecole porfiriniche composte da una fino a sei unità porfiriniche unite insieme da legami covalenti. Gli scienziati hanno poi utilizzato tecniche spettroscopiche per studiare le proprietà elettroniche e il trasferimento di elettroni.

I ricercatori di VOLTAGE-PROBE hanno dimostrato che i sistemi curvi p (coniugazioni formate dalla sovrapposizione di orbitali p) hanno proprietà elettroniche uniche (stati spin e strutture elettroniche) differenti da quelle dei loro analoghi lineari. Sono stati ampiamente caratterizzati i nanoanelli porfirinici rigidi di sei unità porfiriniche, che forniscono importanti informazioni sulla struttura elettronica.

Il team ha poi sviluppato nuovi metodi di sintesi per tubi porfirinici allungati. Sebbene sia stata rivolta molta attenzione ad altre nanostrutture a base di carbonio come i fullereni e i nanotubi in carbonio, si sa molto poco dei nanotubi porfirinici. Gli scienziati hanno studiato a fondo le loro proprietà optoelettroniche, che si è scoperto essere strettamente affini a quelle dei nanoanelli. Una piccola differenza era l’avvio della fluorescenza, che nei nanotubi è stata spostata sul rosso.

Le macromolecole organiche basate sulle porfirine hanno proprietà magnetiche, elettroniche e ottiche interessanti, che le rendono potenzialmente utili in una pletora di applicazioni. Il progetto VOLTAGE-PROBE ha sintetizzato diverse architetture caratterizzandone le proprietà elettroniche, e ha portato la tecnologia un passo più vicino alla progettazione razionale di dispositivi innovativi.

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Keywords

Trasferimento di elettroni, sonde ottiche, potenziale di membrana, trasferimento di elettroni fotoindotto, porfirina