Materiales gobernados por la luz

Los materiales híbridos son aquellos que combinan componentes de distinta naturaleza (orgánicos e inorgánicos) con el fin de conseguir materiales distintos a los convencionales, que presentan propiedades nuevas o mejoradas por efecto sinérgico entre sus componentes. Rebeca Sola, investigadora del Departamento de Química Física de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU, ha desarrollado y caracterizado exhaustivamente materiales híbridos fotoactivos —que responden de diferente manera cuando se exponen a luz de excitación—, que podrían tener aplicaciones en áreas tan diferentes como la óptica y la biomedicina. En la investigación llevada a cabo en este departamento obtuvieron, entre otros, materiales híbridos incorporando colorantes fluorescentes, que habitualmente se emplean en disolución, a estructuras inorgánicas acanaladas que aportan por un lado protección al colorante, haciéndolo más estable frente a la degradación, lo que aumentaría la vida útil de los dispositivos que los incorporan, y por otro, rigidez al sistema, lo que es interesante ya que con esto se consigue aumentar las propiedades fotofísicas de los huéspedes orgánicos (los colorantes).

Según explica la investigadora, se han "obtenido materiales altamente fluorescentes y en los que los colorantes se encuentran ordenados, dando una respuesta altamente anisótropa a la luz linealmente polarizada", es decir, materiales que responden de diferente manera según la dirección de la polarización de la luz incidente. Además, la síntesis de estos materiales "es bastante sencilla", afirma Sola: "se obtienen estructuras cristalinas en las que el colorante ya está ocluido dentro, sin tener que aplicar un proceso de difusión para insertar el colorante en el cristal".

Aplicaciones ópticas diversas

La investigadora ha obtenido, así, materiales con muy diversas propiedades ópticas. "Son de gran interés aquellos en los que se da un efecto antena artificial, con un ordenamiento de las diferentes especies de colorante y una transferencia de energía unidireccional", declara. Eso se traduce en partículas con fluorescencia multicolor, que son capaces de recoger la energía de la luz en un extremo y transferirla al extremo contrario, lo que podría ser interesante para su integración en células solares.

Otro de los materiales obtenidos es un material sólido que emite fluorescencia retardada: la fluorescencia del sistema, en lugar de apagarse en el mismo momento de retirar la fuente de excitación, como es habitual, se mantiene durante décimas de segundo y es perfectamente visible a simple vista. "Este tipo de tecnología podría ser interesante para tecnologías LED", explica. Se han obtenido, por otro lado, materiales que son capaces de transformar la luz de un láser incidente en luz con el doble de energía.

Estos materiales no solo aceptan la incorporación de un solo colorante en la estructura inorgánica, sino que es posible encapsular varios colorantes simultáneamente. "Con dos colorantes cuya respuesta es complementaria, hemos obtenido partículas fluorescentes que cambian de color dependiendo de la polarización de la luz, cambiando de una emisión fluorescente azul a verde —añade Sola—. Se trata, además, de un proceso reversible y reproducible". Incorporando un tercer colorante con emisión roja en las proporciones adecuadas, se ha obtenido también un sistema emisor de luz blanca, "otra vez interesante para sistemas de iluminación", concluye.

Asimismo, han obtenido emisores de luz blanca incorporando pequeñas moléculas orgánicas a ciertas estructuras de iones metálicos y compuestos orgánicos, llamadas MOFs (Metal Organic Frameworks), con las que se ha obtenido, también, fosforescencia a temperatura ambiente. "La fosforescencia es un proceso de emisión que habitualmente requiere temperaturas muy bajas, para evitar que esa luz fosforescente se desactive", explica Sola.

Salto a la biomedicina

Los investigadores han demostrado que los materiales híbridos pueden tener aplicaciones en otros campos, como puede ser la biomedicina. Para eso, han utilizado substancias fotosensibilizadoras válidas para terapia fotodinámica. Se trata de materiales en los que se combinan fragmentos orgánicos e inorgánicos que generan una especie de oxígeno capaz de provocar la muerte de ciertas células tras su excitación con luz. La terapia fotodinámica es un procedimiento terapéutico empleado, por ejemplo, en dermatología para tratar distintas enfermedades de la piel e incluso para diferentes tipos de cáncer. Han obtenido materiales que además de generar esta especie de oxígeno citotóxica son fluorescentes, y "eso los hace muy interesantes también para bioimagen", añade la investigadora. "La acción fototóxica de estos compuestos se está estudiando mediante experimentos en cultivos celulares in vitro, y aunque los resultados son prometedores, nos encontramos en las primeras etapas del estudio", concluye.

Información complementaria

Este estudio se enmarca en la tesis doctoral de Rebeca Sola Llano (Barakaldo, 1989), titulada ‘Synergism between organic and inorganic moieties: in the search of new hybrid materials for optics and biomedicine', dirigida por la investigadora Ramón y Cajal Virginia Martínez Martínez y el catedrático de la UPV/EHU Iñigo López Arbeloa. Esta tesis ha contado con la colaboración de grupos de investigación del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica de Madrid, de la Universidad Complutense de Madrid, de la Universidad de Kioto, de la Katholieke Universiteit of Leuven y de la Universidad Autónoma de Madrid.