Des chercheurs de l'Université de technologie de Kaunas (KTU) en Lituanie ont développé des capteurs d'oxygène hautement sensibles et sans métaux avec le potentiel de révolutionner plusieurs industries, notamment l'emballage alimentaire, la médecine et la biotechnologie. Ces composés organiques représentent une alternative plus sûre et plus durable aux systèmes de détection d'oxygène traditionnels qui dépendent de métaux lourds coûteux et toxiques.

Sous la direction du Dr. Matas Gužauskas, l'équipe de la KTU a synthétisé de nouveaux matériaux dont la luminescence change visiblement en réponse aux niveaux d'oxygène. Cela permet une surveillance en temps réel de l'oxygène sans avoir besoin d'équipement spécialisé. Dans les environnements à faible teneur en oxygène, les composés brillent plus intensément et changent de couleur du bleu au vert - un changement facilement détectable à l'œil nu.

“Nous avons développé deux nouveaux matériaux qui agissent comme des capteurs d'oxygène hautement sensibles. Leur luminescence dépend de la présence d'oxygène - sans elle, la lumière s'intensifie et change de couleur”, a déclaré le Dr. Gužauskas. “Cela permet une détection de l'oxygène de manière visuellement simple et accessible.”

Ces matériaux innovants sont basés sur des dérivés de thianthrene, des molécules organiques caractérisées par deux atomes de soufre et une structure non plane et courbée. Cette conception unique facilite la phosphorescence à température ambiante (RTP), une propriété rare parmi les composés organiques et particulièrement précieuse pour la détection d'oxygène.

La phosphorescence implique une émission de lumière de longue durée, la rendant particulièrement sensible aux interférences des molécules d'oxygène. Lorsque l'oxygène interagit avec ces molécules excitées, il éteint l'émission - ce principe fondamental forme la base de la détection d'oxygène dans ces capteurs.

Traditionnellement, pour obtenir une RTP dans les capteurs, il fallait utiliser des métaux lourds coûteux et toxiques tels que le platine ou l'iridium. Ces matériaux posent des défis dans des domaines tels que la médecine et la sécurité alimentaire, où la biocompatibilité et l'impact environnemental sont des préoccupations critiques. En éliminant les métaux lourds, l'innovation de la KTU offre une solution non toxique, évolutive et rentable.

L'un des nouveaux composés a atteint une constante de Stern-Volmer parmi les plus élevées jamais enregistrées pour des capteurs sans métaux, confirmant sa sensibilité record. Cela permet une détection rapide et précise même de faibles quantités d'oxygène, ce qui en fait un choix idéal pour des applications sensibles.

Les principales applications potentielles comprennent:

• Emballage alimentaire: Détection des ruptures d'étanchéité ou de la détérioration en surveillant l'entrée d'oxygène.
• Diagnostic du cancer: Identification de l'hypoxie tumorale, une condition où le manque d'oxygène est lié à la progression de la maladie.
• Biotechnologie: Surveillance de la culture cellulaire et des processus métaboliques.
• Surveillance environnementale: Mesure de l'oxygène dans l'eau ou l'air.
• Emballage intelligent et encres de sécurité: Offrant des indicateurs visuels inviolables pour l'authentification ou la fraîcheur.

Selon le Dr. Gužauskas, le processus de synthèse de ces composés utilise des réactions chimiques bien établies, ce qui permet une facilité de mise à l'échelle et d'adaptation commerciale. L'équipe recherche actuellement des partenaires pour évaluer la compatibilité biologique et explorer d'autres applications médicales.

Cette recherche, menée dans le cadre de l'initiative Centre d'excellence en sciences technologiques et physiques (TiFEC), a été menée en collaboration avec le Dr. Rasa Keruckienė et l'étudiant en doctorat Lukas Dvilys. Leur travail n'ouvre peut-être pas un tout nouveau domaine, mais il établit une nouvelle norme en matière de détection d'oxygène et positionne la KTU à la pointe de la technologie de capteurs durable.

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