Partout dans le monde, un énorme travail de recherche et développement est actuellement en cours sur des molécules carbonées, ou organiques, qui émettent une lumière colorée après une excitation appropriée. Ce domaine de recherche est porté par l’industrie de l’affichage et le développement de approaches d’imagerie biomédicale. Alors que le réglage précis des couleurs dans les colorants fluorescents organiques a été jusqu’à présent généralement obtenu en mélangeant différentes molécules, les chercheurs de l’ETH ont maintenant développé une approche qui peut générer une significant palette de couleurs par le biais d’ajustements chimiques au sein des molécules elles-mêmes.



Yinyin Bao, chef de groupe dans le groupe du professeur d’ETH Jean-Christophe Leroux, et son équipe de scientifiques se sont tournés vers les polymères organiques fluorescents pour ce travail. Ces polymères peuvent au mieux être considérés comme des chaînes mobiles de différentes longueurs. « Les chaînes ont une composition symétrique et deux composants en leur sein contribuent à la fluorescence », explique Bao. « Un composant, appelé le fluorophore, se trouve au milieu de la chaîne, tandis que l’autre composant se produit une fois à chacune des deux extrémités de la chaîne. » Rejoignant le fluorophore au milieu de la chaîne à chaque extrémité de la chaîne se trouvent des maillons dont les scientifiques peuvent ajuster le nombre et la framework. Si la chaîne polymère est courbée de sorte qu’une de ses extrémités vient se trouver à proximité du fluorophore et que la chaîne est simultanément irradiée avec de la lumière UV, elle devient fluorescente.

La distance affecte l’interaction

Les scientifiques ont maintenant pu montrer que la couleur de fluorescence dépend non seulement de la composition des maillons et des extrémités de la chaîne, mais également du nombre de maillons de la chaîne. « C’est l’interaction de l’extrémité de la chaîne et du fluorophore qui est responsable de la fluorescence de ces polymères », déclare Bao: « La length entre les deux composants affecte la manière dont ils interagissent et donc la couleur émise.



En utilisant une méthode appelée polymérisation vivante, les chercheurs peuvent réguler le nombre de maillons de chaîne. Tout d’abord, ils développent progressivement la chaîne par un lent processus de fixation de blocs de design au fluorophore. Une fois la longueur désirée atteinte, les scientifiques peuvent terminer le processus et générer simultanément la molécule de fin de chaîne. C’est ainsi que les chercheurs ont produit des polymères de différentes couleurs: avec moins de 18 éléments constitutifs, les molécules fluorescent en jaune avec 25 maillons de chaîne, vert et avec 44 liens ou moreover, bleu. « Ce qui est spécial à ce sujet, c’est que ces polymères différemment luminescents sont tous composés exactement des mêmes composants. La seule différence est la longueur de la chaîne », explique Bao.

OLED à substantial gamme de couleurs

L’équipe de recherche, comprenant des scientifiques du groupe du professeur de l’ETH Chih-Jen Shih et du Royal Melbourne Institute of Technological know-how en Australie, a publié ses travaux dans la revue Science Advancements. Actuellement, les chercheurs peuvent produire des polymères fluorescents en jaune, vert et bleu, mais ils travaillent à étendre le principe pour inclure d’autres couleurs, y compris le rouge.

Ces nouveaux polymères fluorescents ne peuvent pas être utilisés directement comme OLED (LED organiques) dans les écrans vehicle leur conductivité électrique n’est pas suffisamment élevée, explique Bao. Cependant, il devrait être achievable de combiner les polymères avec des molécules semi-conductrices afin de produire de manière straightforward des OLED à large gamme de couleurs. Utilisés dans les centrales solaires à concentration, ils pourraient également collecter la lumière du soleil plus efficacement et ainsi augmenter l’efficacité des plantes. Bao voit leurs principaux domaines d’application dans les procédures de diagnostic de laboratoire utilisant la fluorescence, par exemple en PCR, ainsi que dans les procédures de microscopie et d’imagerie en biologie cellulaire et en médecine. D’autres utilisations potentielles seraient comme éléments de sécurité sur les billets et les certificats ou dans les passeports.