Betidanik naturan aurki ditzakegun koloreen aniztasunak liluratu gaitu. Gizakiok koloreak erabiltzen ditugu estetikan, ingurunearekin komunikatzeko, gure sentimenduak azaleratzeko, bai eta erabilera praktiko askotarako ere. Antzinako zibilizazioetan esaterako, baliabide naturalak (lurra eta ikatza) erabiltzen zituzten pigmentu bezala, gauzak eta larruazala koloreztatzeko. Beraz, gizakiok argiak eragindako prozesuetatik inspirazioa jaso dugu, koloredun konposatu berriak aurkitzeko, batez ere fotosintesiaren prozesua imitatzeko.
Landareen hostoek kolore ezberdinak izaten dituzte, barnean dauden molekula bereziak direla eta (hala nola, klorofilak, bilirrubinak, karotenoideak edo xantofilak). Hauek eguzki-argia eraginkortasunez xurgatzen dute eta, ondoz-ondoko energia-truke prozesuei esker, argia erreakzio-gunera iristen da, non eguzki-argia energia kimiko bilakatzen da. Propietate hau “antena” bezala ezagutzen da, izan ere, energia jakin bateko argia xurgatu ondoren sistemak honen garraioa ahalbidetzen du, nahi den gunera eta behar den energiara eraldatuz.
Naturan aurkitu ditzazkegun antena-sistemen gune fotoaktiboei dagokienez, kromoforo-familia ezberdinez osatuta egoten dira. Gaur egun, kimikariak nahi den kolorea lortzeko gai dira, kromoforo organiko sintetiko berriak diseinatuz, edota eskuragarri daudenak eraldatuz. Nolanahi ere, koloratzaile sintetikoen potentzial osoaz baliatzeko, propietate fotofisikoak aplikazio teknologikoen eskakizun berezietara moldatu behar dira. Horretarako ikerlariek gainditu beharreko hainbat erronka dituzte oraindik. Esate baterako, kromoforoen xurgapen-leiho espektrala mugatua da, gehienetan igorpen eta xurgapen bandak nahiko hurbil daude interferentziak sortuz, eta ez dute jasaten erradiazio luze eta ahaltsua.
Arazo horiek guztiak molekula-egitura sinple batekin gainditzea oso zaila da. Hala ere, konponbidea naturan aurkitu daiteke. Lehen aipatu den bezala, fotosintesian eguzki-argiaren xurgapena zabala eta eraginkorra da landareetan dauden antena-sistema naturalak direla eta. Sistema konplexu horien eredutik abiatuta, kromoforo ezberdinak kobalenteki elkartu daitezke eta egitura multikromoforiko bat sortu. Antena-sistema artifizial horiek alternatiba aproposa dira koloratzaile indibidualen mugak gainditzeko, eta ondorioz, sistema fotoaktiboen belaunaldi berri bat diseinatzeko.
Sistema hauetan energia-trukea da prozesu gakoa. Hala, energia-emaile den entitate kromoforikoak kitzikapen argia hartzen du eta energia-hartzaile bati transferituko dio, azken horren igorpena behatzeko. Antena-portaera egokia izateko, diseinu molekularrean hainbat faktore hartu behar dira kontuan. Izan ere, kromoforoen xurgapen espektroak osagarriak izan behar dira xurgapen zabala ahalbidetzeko ultramore, ikusgai eta infragorri hurbilean zehar, eta hauen arteko energia-truke eraginkorra sustatu behar da. Horretarako, kromoforoen arteko lotura kobalentea aproposa izan behar da bakoitzaren izaera elektronikoa mantentzeko. Gainera, antena artifizial hauetan detekzio eta kitzikapen eremuak oso urrun daude bata bestearengandik. Honek, interferentziak murrizten ditu, eta aldi berean, fotoegonkortasuna nabarmenki handitzen da, kromoforo igorlea ez delako zertan zuzenki kitzikatu behar, baizik eta emailetik etor dakioke energia. Beraz, kromoforo sinpleek erakusten dituzten desabantailak gainditu daitezke.
Argitalpen honetan koloratzaile organikoetan oinarritutako multikromoforoen propietate fotofisikoak aztertu dira antena naturaletan inspiratutako sistema fotoaktibo aurreratuak garatzeko helburuarekin. Aukeratu diren koloratzaileak errodamina, perileno gorria eta boro-dipirrometenoa (BODIPYa) izan dira. Hiru kromoforo hauek eskakizun guztiak betetzen dituzte: xurgapen eta igorpen bandak intentsuak dituzte eta oso fotoegonkorrak dira. Gainera, BODIPYaren kasuan, bere nukleo kromoforikoan ordezkatzaile aproposak erantziz gero, banda espektralak ikusgaiaren alde gorrira edo infragorri hurbilera lerrokatu daitezke.
Koloratzaile hauek konbinatzean, xurgapen pankromatikoa lortzen da (ultramoretik infragorri hurbilera) eta ondoz-ondoko energia-truke eraginkorrari esker, azken energia-hartzailearen igorpena bereganatu daiteke selektiboki, nahiz eta energia-emailea kitzikatu. Beraz, sistema hauek egokia izan daitezke edozein energiadun eguzki-argia eraginkortasunez xurgatzeko, eta selektiboki eremu infragorriko argia lortzeko. Izan ere, erradiazio-mota hau oso mesedegarria da eguzki-zeluletako erdieroaleak edo bioteknologiako zunden fotoaktibazio eraginkorra ahalbidetzeko.
Horrez gain, multikromoforoen laser-portaera frogatu da eremu gorri eta infragorri hurbilean. Era berean, energia-trukearen probabilitatea modulatuz, inguruneko polaritate-sentsore fluoreszenteak garatu dira, non aztergaia den propietatea (polaritatea), bai kolorearen (kualitatiboki, begi bistaz) zein espektroskopiaren (kuantitatiboki, xurgapen eta fluoreszentzia espektroekin) bidez jarraitu daitekeen.
Artikuluaren fitxa:
- Aldizkaria: Ekaia
- Zenbakia: 43
- Artikuluaren izena: Koloratzaile fotoaktiboen belaunaldi berria
- Laburpena: Gizakiok, maiz, naturan inspiratzen gara garapen teknologikoa bultzatzeko. Bada, fotosintesia horren adibide argia da. Prozesu natural horretan, eguzki-argia kromoforo naturalen bidez xurgatzen da, eta gaur egun antena-sistema natural hori modu eraginkorrean imitatzeko azterlan ugari egiten ari dira, koloratzaile organiko berrien diseinuan oinarrituta. Hala ere, molekula sinpleak direnez, zenbait muga izaten dituzte; adibidez, zailtasunak dituzte espektro elektromagnetiko osoan argia xurgatzeko, argi-energia ga- rraiatzeko eta erradiazio jarraituaren pean luze irauteko. Hala, hainbat kromoforoz osatutako koloratzaileak, multikromoforo deritzenak, irtenbide aproposa dira. Molekula-egitura horietan, kromoforo edo koloratzaile ezberdinak modu kobalentean konbinatzen dira eta energia-trukea sustatzen da. Hortaz, antena naturalak imitatzeko funtsezkoa den prozesua lortzen da eta argiaren xurgapen zabala eta eraginkorra bermatzen da. Hori dela eta, koloratzaileen kimikan, multikromoforoak etorkizuneko sistema fotoaktibotzat hartzen dira antena artifizialak garatzeko eta gailu optiko eta fotovoltaikoetan aplikatzeko. Argitalpen honetan, beraz, antena eraginkor eta egonkorrak garatzeko ezinbestekoak diren irizpide molekularrak eta fotofisikoak zehazten dira. Adibide gisa, errodaminan, perileno gorrian eta BODIPYan oinarritutako koloratzaile multikromoforikoak aurkezten dira, eta horien portaera fotonikoa deskribatzen da laser eta sentsore bezala erabiltzeko.
- Egileak: Natalia Casado, Ainhoa Oliden-Sánchez, Edurne Avellanal-Zaballa, Rebeca Sola-Llano, Leire Gartzia-Rivero eta Jorge Bañuelos
- Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
- ISSN: 0214-9001
- eISSN: 2444-3255
- Orrialdeak: 58-100
- DOI: 10.1387/ekaia.23762
Egileez:
Natalia Casado, Ainhoa Oliden-Sánchez, Edurne Avellanal-Zaballa, Rebeca Sola-Llano, Leire Gartzia-Rivero eta Jorge Bañuelos UPV/EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko Kimika Fisikoa Saileko ikertzaileak dira.
Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.
