Microperlas fluorescentes adaptables: Del espectro visible al infrarrojo cercano

1. Un equipo de investigación de NIMS ha desarrollado con éxito un material fluorescente microesférico respetuoso con el medio ambiente, hecho principalmente de ácido cítrico. Estas microesferas emiten diferentes colores de luz dependiendo de la luz que las ilumina y del tamaño de las cuentas, lo que sugiere una amplia gama de aplicaciones. Además, el uso de materiales derivados de plantas permite una síntesis de bajo coste y eficiente en energía.

2. Los dispositivos luminiscentes convencionales suelen utilizar películas delgadas de semiconductores compuestos que contienen metales o materiales inorgánicos sinterizados con elementos de tierras raras. Sin embargo, en una economía circular, existe una demanda de materiales fluorescentes/luminiscentes que no utilizan elementos de tierras raras, que tienen cadenas de suministro inestables, o elementos metálicos con un impacto ambiental significativo. Las microesferas que hemos desarrollado tienen como objetivo proporcionar materiales fluorescentes de bajo impacto ambiental utilizando materiales abundantes y fácilmente obtenibles derivados de plantas como ingredientes principales.

3. El equipo de investigación, liderado por el Grupo de Nanofotónica del Centro de Investigación de Nanoarquitectónica de Materiales (MANA), desarrolló materiales luminiscentes de tipo microesfera sintetizados calentando ácido cítrico y poliaminoácidos, que se utilizan en bebidas gaseosas y aditivos alimentarios. Estas esferas utilizan la fluorescencia de las nanoestructuras tipo hollín o grafito dentro de los poliaminoácidos desnaturalizados por el calor y agregados para emitir luz roja, azul y amarilla, así como luz cercana al infrarrojo invisible al ojo humano. Al aprovechar el efecto de confinamiento de la luz de las microesferas, han demostrado que una sola cuenta puede emitir diferentes colores de luz (diferentes longitudes de onda de luz).

4. Además de emitir diferentes colores de luz, la longitud de onda de fluorescencia y la distribución de intensidad de la luz (espectro de fluorescencia) de estas microesferas varían significativamente según su forma y tamaño. Estos espectros de fluorescencia únicos para cada cuenta se pueden utilizar como etiquetas de autenticación o códigos de barras. Esta capacidad permite identificar cuentas individuales mediante la luz, lo que lleva a aplicaciones como pinturas que cambian de color, tintas anti falsificación y sondas fluorescentes que pueden identificar y rastrear cuentas individuales en sistemas biológicos.

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5. Esta investigación fue realizada por un equipo formado por Tadaaki Nagao, Jefe de Grupo del Grupo de Nanoingeniería Fotónica de MANA, el Investigador Postdoctoral de NIMS Barun Kumar Barman (anteriormente Investigador Postdoctoral de JSPS), el Becario de Investigación de JSPS Hiroyuki Yamada, el Investigador Keisuke Watanabe, Atsushi Goto, Jefe de Grupo del Grupo de RMN de Estado Sólido del Centro de Investigación Básica de Materiales, el Investigador Principal Kenjiro Hashi, el Ingeniero Principal Shinobu Ohki y el Ingeniero Kenzo Deguchi de la Unidad de Caracterización de Altos Campos Magnéticos de la Red de Investigación y Servicios de Instalaciones de NIMS. Esta investigación contó con el apoyo de una subvención de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS).

6. Los resultados de esta investigación se publicarán en el número online del 13 de junio de 2024 de la revista Advanced Science.