Pegatinas que brillan en la oscuridad, peces extraños de aguas profundas, bombillas LED, todas tienen formas de luminiscencia. En otras palabras, en lugar de solo reflejar la luz, hacen la suya propia.
Ahora, un equipo de científicos de la Universidad de Vermont y Dartmouth College ha descubierto una nueva forma en que algunas moléculas pueden producir un brillo luminiscente: un extraño verde brillante.
"Es un nuevo método para crear luz", dice Matthew Liptak, químico de UVM que codirigió la nueva investigación. La nueva luz puede tener muchas aplicaciones prometedoras, incluidos nuevos tipos de bombillas LED y tintes médicos "que pueden detectar la viscosidaddentro de una celda ", dice.
El descubrimiento se informó el 26 de septiembre en la revista Química de la naturaleza .
Nueva vista
Para comprender cómo se forma esta nueva luz, considere el jarabe de arce. Es un líquido espeso. Los científicos de Dartmouth, liderados por el químico Ivan Aprahamian, estaban explorando algunas moléculas extrañas, llamadas rotores moleculares, con forma de paletas de kayak donde ambas cuchillas giran alrededorun eje. Sí, un eje muy pequeño, muchos miles de veces más delgado que un cabello. En un líquido delgado, como el agua, los grupos de estas moléculas giratorias, una especie de tinte que contiene boro, emiten un débil luminiscente rojizoresplandor.
Pero cuando los científicos pusieron las moléculas en disolventes cada vez más espesos como el jarabe de arce, en este caso, mezclas de glicerol y etilenglicol, la luz fluorescente de estos rotores moleculares no se debilitó como se esperaba.brillan intensamente, en un vivo color verde más cerca del extremo azul del espectro.
"Eso fue muy sorprendente", dice Liptak, un experto en química computacional. Así que el equipo de Dartmouth se dirigió a él y a sus alumnos para explicarles por qué. Mientras el equipo de UVM investigaba, hacía simulaciones en el Vermont Advanced Computing Core, y amboslos equipos investigaron más a fondo las moléculas usando espectroscopía y otras técnicas de laboratorio; llegaron a un descubrimiento aún más sorprendente: la forma en que se emitía esta luz requería romper una ley química de larga data llamada Regla de Kasha.
"Encontramos una nueva forma en que funciona el universo que no entendíamos antes", dice Liptak. "Es una excepción a la regla".
El mundo tiene color porque las moléculas absorben y emiten luz de acuerdo con las reglas "espeluznantes" de la mecánica cuántica. En la mayoría de los casos, una molécula absorberá una longitud de onda de luz específica y veremos su complemento en la rueda de colores. En algunosEn algunos casos, las moléculas "brillan en la oscuridad" al emitir un color específico de luz poco tiempo después de absorber la luz. Esto es luminiscencia.
En 1950, el famoso químico Michael Kasha observó que una molécula luminiscente generalmente emite la misma luz de color independientemente del color de la luz que absorbió inicialmente. Esto se debe a que el primer paso después de la absorción de la luz es una relajación molecular: una rápidavibración, estiramiento y liberación de calor, para llevar a la molécula a su "estado excitado de energía más baja", explica Liptak. Entonces, cuando una molécula luminiscente típica absorbe luz de mayor energía, hacia el extremo azul del espectro, simplemente produce más calor,no una luminiscencia más brillante o de diferente color. "Esta es la regla de Kasha", dice Liptak.
Más luz
Pero el equipo de UVM / Dartmouth, con el apoyo de la National Science Foundation, descubrió que cuando sus moléculas de rotor especiales están en una solución espesa, su capacidad de vibrar es limitada y emiten luz antes de que terminen de vibrar. Esto se debe a quela parte en forma de paleta del rotor debe girar libremente para activar la vía química que le permite emitir energía térmica, pero esta rotación se suprime en una solución espesa. Cuanto más espesa es la solución, menos giran las paletas moleculares, se puede emitir más luz. Es por eso que el equipo llama a su descubrimiento Supresión de la regla de Kasha, o SOKR abreviado "fútbol" para abreviar.
"Una forma de entender SOKR es pensar en un tobogán de agua con dos salidas donde una salida se encuentra muy por encima de la piscina y la otra se encuentra al nivel de la piscina", explica Liptak, profesor asistente en el Departamento de Química de UVM. "En soluciones de baja viscosidad como el agua, las paletas se apresuran hasta la salida del fondo y entran a la piscina sin salpicaduras. En soluciones de alta viscosidad como el jarabe de arce, las paletas se ralentizan, lo que permite que algunas se derramen por la salida superior creandouna cascada o, en el caso de rotores moleculares emisores de luz, luz verde brillante "
luz útil
Esta nueva vía para crear luz puede resultar útil. "El compuesto que encontramos es muy brillante y, debido a su sensibilidad a la viscosidad, puede tener una multitud de aplicaciones", dice Morgan Cousins, estudiante de doctorado y coautor de UVM en elnuevo estudio: "Vemos usos para este tipo de moléculas desde materiales industriales hasta nuevos tipos de LED para imágenes biomédicas".
Considere las células. Las muchas partes dentro de una célula, desde el retículo endoplásmico hasta las mitocondrias, tienen diferentes funciones y, presumiblemente, también tienen diferentes viscosidades. Pero no se sabe mucho sobre esto, que es donde estas moléculas de rotor fluorescentepodría ayudar. Las moléculas recién descubiertas no son seguras para su uso en humanos, pero el equipo actualmente está buscando compuestos similares "biocompatibles", dice Liptak, que podrían incorporarse a un tinte médico u otra prueba donde brillarían intensamenteen partes más viscosas de una célula y menos en partes más acuosas. Las moléculas podrían aplicarse como una herramienta de diagnóstico sensible porque cambian con precisión la cantidad de luz que emiten en función del espesor de la solución en la que se encuentran.
"La viscosidad es una propiedad fundamental de los sistemas biológicos a los que actualmente estamos mayormente ciegos", dice Liptak. Pero este nuevo descubrimiento puede arrojar nueva luz.
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Materiales proporcionado por Universidad de Vermont . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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