Se ha desarrollado un sustituto ecológico para los materiales emisores de luz utilizados en las modernas tecnologías de visualización, como televisores y teléfonos inteligentes.
El nuevo material utiliza un producto común de desecho de la madera para crear un futuro más ecológico para la electrónica, eliminando metales tóxicos y evitando métodos de fabricación complejos y contaminantes.
Ha sido diseñado por investigadores de la Universidad de Yale y la Universidad de Nottingham Trent.
En concreto, el equipo utilizó lignina, una sustancia que se encuentra de forma natural en las paredes celulares de las plantas y que también es un importante subproducto de la industria de la pulpa de madera y el papel.
El desafío de la tecnología actual
Los materiales fotoluminiscentes de estado sólido, a menudo denominados materiales emisores de luz, funcionan absorbiendo la luz ultravioleta (UV) y posteriormente reemitiendo esa energía como luz visible.
Esta capacidad de “brillar” las hace ideales para productos de alta tecnología, como tecnologías de visualización en sensores, tintas de seguridad e imágenes biomédicas.
Sin embargo, los materiales emisores de luz actuales suelen basarse en metales tóxicos y recursos no renovables.
Además, su fabricación suele requerir procesos complejos de múltiples etapas que generan residuos químicos peligrosos.
El objetivo principal de los investigadores era innovar, creando estos materiales vitales a partir de fuentes sostenibles y ecológicas mediante procesos que generen mínimos residuos y riesgos.
“En este estudio, no solo simplificamos la síntesis de estos materiales, sino que también utilizamos abundantes flujos de residuos para producir materiales ajustables de una manera más segura”, dijo el Dr. Darren Lee, coautor del estudio de la Universidad de Nottingham Trent.
La ciencia detrás del brillo verde
Como parte de este trabajo, se mezcló lignina con histidina, un aminoácido simple.
El resultado es una gama de materiales de estado sólido que fluorescen bajo luz ultravioleta y cuentan con propiedades fotoluminiscentes fácilmente ajustables.
Curiosamente, la preparación del material solo requiere disolventes ecológicos —a saber, agua y acetona—, lo que simplifica la síntesis y reduce el impacto ambiental.
La modelización computacional reveló cómo las interacciones moleculares entre la lignina y la histidina permiten esta transferencia de protones única impulsada por la luz.
El efecto de fluorescencia se basa en un proceso conocido pero raramente examinado llamado Transferencia de Protones en Estado Excitado (ESPT).
Mediante modelado computacional, los investigadores descubrieron cómo las interacciones moleculares entre la lignina y la histidina permiten esta transferencia de protones impulsada por la luz.
Ciertas estructuras presentes en la lignina, conocidas como “grupos fenólicos”, absorben la luz ultravioleta y se energizan.
En este estado energizado, la lignina funciona como un fotoácido, transfiriendo protones a la histidina dentro del material sólido.
Cuando la lignina se relaja, emite luz a temperatura ambiente. Cabe destacar que algunos materiales continuaron brillando brevemente incluso después de retirar la fuente de luz ultravioleta.
“El concepto de ESPT no es nuevo, es bien conocido en moléculas fenólicas puras”, dijo el Dr. Ho-Yin Tse, primer autor e investigador del Centro de Química Verde e Ingeniería Verde de la Universidad de Yale.
“Pero lo interesante es que las estructuras fenólicas naturales de la lignina, presentes en toda la macromolécula, pueden sustentar inherentemente este tipo de comportamiento fotoácido, y este efecto rara vez se ha examinado en este contexto”, agregó Tse.
Estos hallazgos explican el mecanismo por el cual los biopolímeros logran una emisión de luz eficiente y libre de metales .
El desarrollo exitoso de este material libre de metales y derivado de residuos representa un paso importante hacia la fabricación sostenible en las industrias electrónica y de iluminación.