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CSIC |
Según ha publicado la revista Nature Photonics, un equipo de
investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas
(CSIC), la Universidad Complutense de Madrid y la Universidad del País
Vasco ha logrado desarrollar un nuevo material láser que mejora la
eficiencia y la estabilidad de los colorantes comerciales que se emplean
en biofotónica. Esta disciplina, basada en la creación de imágenes,
detección, análisis y manipulación de sistemas biológicos a través de la
luz, tiene aplicaciones en campos tan diversos como la medicina, la
agricultura o las ciencias ambientales.
Los científicos han obtenido por primera vez una emisión eficiente y
duradera de luz láser roja gracias a la incorporación de dos moléculas
colorantes que se presentan confinadas en nanopartículas de látex
dispersas en agua. La longitud de onda de la luz roja es clave para la
terapia fotodinámica, con usos, por ejemplo, en oftalmología y
dermatología.
“La utilización, en biomedicina, de emisores de luz roja, con una
longitud de onda superior a 650 nanómetros, tiene ciertas ventajas ya
que los tejidos biológicos son más transparentes a ella y la luz puede
profundizar más, lo que facilita su uso en cirugía y en tratamientos de
terapia fotodinámica, basados en la activación por luz de medicamentos
ingeridos”, explica el investigador del CSIC Luis Cerdán, que trabaja en
el Instituto de Química Física Rocasolano, y que pertenece al grupo que
ha llevado a cabo la caracterización láser y el estudio teórico.
Hasta ahora, el uso de colorantes comerciales para estas aplicaciones
estaba limitado por la poca luz de excitación que absorbían, un
inconveniente que reducía su eficiencia. Por otro lado, los colorantes
suelen dañarse con facilidad cuando son excitados, lo que reduce su
utilidad tecnológica y hace aumentar el coste económico.
Para resolver estos problemas, los científicos decidieron recurrir a un
proceso de transferencia de energía conocido como Förster Resonance
Energy Transfer (FRET por sus siglas en inglés), basado en incorporar
dos colorantes: uno donador, capaz de absorber eficientemente la
excitación y que apenas se daña, y otro aceptor, que emite luz tras
haber recibido la energía del primero.
“Empleamos los colorantes Rhodamina 6G como donador y Azul de Nilo como
aceptor. Para garantizar la proximidad de los colorantes, y por tanto,
una mayor eficiencia, los confinamos en nanopartículas poliméricas de 50
nanómetros de diámetro dispersas en agua”, detalla el investigador de la
Universidad Complutense de Madrid Eduardo Enciso, que ha llevado a cabo
la síntesis de las nanopartículas y colaborado en el análisis teórico.
Según este científico, al integrar los colorantes en estas estructuras
se reducen los procesos que degradan sus moléculas tras ser excitadas
por la luz, una situación “especialmente grave” en los colorantes con
emisión roja, lo que además evita la pérdida de sus propiedades de
emisión y multiplica por ocho su vida útil.
La caracterización fotofísica ha permitido estudiar el proceso de
transferencia de energía en el sistema, que se produce muy rápidamente,
por debajo de los 500 picosegundos (un picosegundo es la billonésima
parte de un segundo). Según los investigadores Jorge Bañuelos e Iñigo
López Arbeloa, que han llevado a cabo esta parte de la investigación en
la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Universidad del País Vasco,
“el mecanismo de transferencia de energía es muy complejo, ocurre
principalmente por la interacción de los dipolos eléctricos de los
colorantes donadores y aceptores y se produce a una distancia media de
tres nanómetros”.
Los investigadores destacan que este nuevo material láser elimina la
necesidad de utilizar grandes volúmenes de disolventes orgánicos, la
mayoría tóxicos y carcinogénicos, que exige el uso convencional de estos
colorantes en disolución, evitando así la generación de residuos nocivos
para la salud y el medio ambiente.
Fuente: CSIC 03/09/2012
Luis Cerdán, Eduardo Enciso, Virginia Martín, Jorge Bañuelos, Iñigo
López-Arbeloa, Ángel Costela, e Inmaculada García-Moreno. FRET-assisted
laser emission in colloidal suspensions of dye-doped latex
nanoparticles. Nature Photonics. DOI: 10.1038/nphoton.2012.201.
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