Panjang Rantai Menentukan Warna Molekul

Di seluruh dunia, sejumlah besar penelitian dan pengembangan saat ini sedang dilakukan pada molekul yang mengandung karbon, atau organik, yang memancarkan cahaya berwarna setelah eksitasi yang sesuai. Bidang penelitian ini didorong oleh industri tampilan dan pengembangan teknik pencitraan biomedis. Sementara penyetelan warna yang tepat dalam pewarna fluoresen organik sejauh ini biasanya dicapai dengan mencampurkan molekul yang berbeda, para peneliti ETH kini telah mengembangkan pendekatan yang dapat menghasilkan palet warna yang luas dengan cara penyesuaian kimiawi di dalam molekul itu sendiri.

Yinyin Bao, pemimpin kelompok dalam kelompok profesor ETH Jean-Christophe Leroux, dan tim ilmuwannya beralih ke polimer organik berpendar untuk pekerjaan ini. Polimer ini paling baik dianggap sebagai rantai yang bergerak dengan panjang yang bervariasi. "Rantai memiliki struktur simetris, dan dua komponen di dalamnya berkontribusi pada fluoresensi," jelas Bao. "Satu komponen, yang disebut fluorofor, berada di tengah rantai, sedangkan komponen lainnya terjadi sekali di masing-masing dua ujung rantai." Menggabungkan fluorofor di tengah rantai dengan setiap ujung rantai adalah mata rantai yang jumlah dan strukturnya dapat disesuaikan oleh para ilmuwan. Jika rantai polimer dibengkokkan sehingga salah satu ujungnya berada di dekat fluorofor dan rantai tersebut disinari secara bersamaan dengan sinar UV, ia akan berpendar.

Jarak mempengaruhi interaksi

Para ilmuwan sekarang telah dapat menunjukkan bahwa warna fluoresensi tidak hanya bergantung pada struktur mata rantai dan ujung rantai, tetapi juga pada jumlah mata rantai. "Ini interaksi ujung rantai dan fluorofor yang bertanggung jawab atas fluoresensi polimer ini," kata Bao: "Jarak antara dua komponen mempengaruhi bagaimana mereka berinteraksi dan dengan demikian warna yang dipancarkan."

Dengan menggunakan metode yang disebut polimerisasi hidup, para peneliti dapat mengatur jumlah mata rantai. Pertama, mereka secara bertahap menumbuhkan rantai dengan proses lambat menempelkan blok penyusun ke fluorofor. Setelah panjang yang diinginkan tercapai, para ilmuwan dapat menghentikan proses dan secara bersamaan menghasilkan molekul ujung rantai. 

Beginilah cara para peneliti menghasilkan polimer dengan warna berbeda: dengan kurang dari 18 blok bangunan, molekul berpendar kuning; dengan 25 mata rantai, hijau; dan dengan 44 atau lebih tautan, biru. "Apa yang istimewa tentang ini adalah polimer bercahaya yang berbeda ini semuanya terdiri dari komponen yang sama persis. Satu-satunya perbedaan adalah panjang rantai," kata Bao.

OLED dengan rentang warna yang luas

Tim peneliti, termasuk ilmuwan dari kelompok Profesor ETH Chih-Jen Shih dan dari Royal Melbourne Institute of Technology di Australia, mempublikasikan hasil kerja mereka di jurnal Science Advances . Saat ini, para peneliti dapat menghasilkan polimer fluorescent dengan warna kuning, hijau dan biru, tetapi mereka sedang mengembangkan prinsip tersebut untuk memasukkan warna lain, termasuk merah.

Polimer fluoresen baru ini tidak dapat digunakan secara langsung sebagai OLED (LED organik) di layar karena konduktivitas listriknya tidak cukup tinggi, jelas Bao. Namun, seharusnya mungkin untuk menggabungkan polimer dengan molekul semikonduktor untuk menghasilkan OLED dengan rentang warna yang luas dengan cara yang sederhana. Digunakan di pembangkit listrik tenaga surya terkonsentrasi, mereka juga bisa mengumpulkan sinar matahari lebih efisien dan dengan demikian meningkatkan efisiensi pabrik.

Bao melihat bidang utama aplikasi mereka dalam prosedur diagnostik laboratorium yang menggunakan fluoresensi, misalnya dalam PCR, serta dalam prosedur mikroskop dan pencitraan dalam biologi sel dan kedokteran. Penggunaan potensial lainnya adalah sebagai fitur keamanan pada uang kertas dan sertifikat atau di paspor. [Sciencedaily, wapseru.biz]