Sobre as notáveis ​​propriedades ópticas não lineares do licopeno natural do tomate

Jun 05, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 9078 (2022) Citar este artigo

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Em linha com o interesse renovado no desenvolvimento de novos materiais ópticos não lineares (NLO), as propriedades NLO do licopeno natural são relatadas pela primeira vez na literatura científica. Correlacionado à sua conformação linear de elétrons π conjugados 1-D, é mostrado que o licopeno natural exibe uma não-linearidade de 3ª ordem significativamente elevada χ (3) tão alta quanto 2,65 10-6 esu, o maior valor de qualquer fitocomposto natural investigado, então agora, incluindo β-caroteno. Além de uma absorção saturável, o correspondente efeito de autodesfocagem observado no licopeno parece ser o resultado de uma não linearidade térmica. A resposta não linear acoplada à fluorescência observada na faixa espectral visível aponta para uma potencial aplicação de terapia fotodinâmica, bem como a possibilidade de engenharia de novos nanomateriais NLO híbridos baseados em licopeno.

Os materiais ópticos não lineares (NLO) progrediram gradualmente nos últimos 20 anos, apesar de uma pesquisa intensiva em curso com vista à descoberta de novos materiais NLO . Essa pesquisa de novos materiais NLO é impulsionada pelas urgentes aplicações fotônicas tecnológicas relacionadas às TIC, particularmente em sistemas lógicos, toda comutação óptica, conversão de frequência, amplificação de luz, biestabilidade óptica, toda comutação óptica, entre outros. Além disso, os materiais NLO tornaram-se fundamentais devido ao seu papel crítico no processamento de informações em alta velocidade para enfrentar os desafios da redução do consumo de energia e do aumento da velocidade, bem como da largura de banda nas várias tecnologias modernas de TIC.

Os materiais NLO exibem suscetibilidades ópticas de segunda ou terceira ordem significativamente grandes χ (2) ou χ (3). Pode-se distinguir famílias inorgânicas e orgânicas. Entre os inorgânicos, beta borato de bário (BaB2O4), titanato de bário (BaTiO3), niobato de lítio (LiNbO3), KH2PO3 (KDP), tantalita de lítio (LiTaO3) e niobato de potássio (KNbO3) são materiais de comutação óptica e duplicação de frequência χ(2). que foram estudados durante décadas. Entre os orgânicos, há um grande número de materiais orgânicos χ(3) e χ(2), incluindo corantes, dimetilamino nitrostilbeno, metil nitroanalina, poli-BCMU, polidiacetilenos e ureia4. Por serem essencialmente cadeias, muitas moléculas orgânicas podem ser facilmente polarizadas e, portanto, exibem suscetibilidades de ordem superior. A polarizabilidade dos materiais orgânicos é frequentemente aumentada pela mobilidade dos elétrons π deslocalizados nas ligações C – C em anéis aromáticos. Da mesma forma, os materiais NLO híbridos foram projetados combinando componentes orgânicos e inorgânicos, como metaloftalocianinas, que apresentam fortes absorções de estado excitado .

Entre os primeiros materiais orgânicos NLO, pode-se destacar a cumarina que foi derivada, inicialmente, de um composto natural; a fava Tonka7. A família de corantes naturais cumarínicos esteve na origem da primeira série de fontes de laser sintonizáveis; as fontes de laser corante. Porém, a molécula de cumarina não é fluorescente, apresenta intensas propriedades de fluorescência após a substituição de grupos funcionais em diferentes posições. Além da cumarina, descobriu-se que vários compostos naturais exibem uma resposta NLO significativa na faixa espectral VIS e IR, incluindo a clorofila natural8,9,10,11.

Como mencionado anteriormente, foi demonstrado que os sistemas conjugados de elétrons π quase 1-D, tais como polímeros semicondutores, exibem uma resposta NLO de terceira ordem aprimorada. Assim, e como o licopeno extraído do tomate possui uma conformação eletrônica de elétrons π 1-D (Fig. 1), ele também deve exibir uma resposta χ (3). Na verdade, o licopeno do extrato natural de tomate é um terpeno composto por 8 moléculas de isopreno com uma formulação química de C40H56. Licopeno de tomateÉ uma molécula longa de cadeia de carbono conjugada com elétrons π (Fig. 1). Tal como no caso da grande família dos carotenóides, a espinha dorsal de tal molécula consiste em ligações alternadas simples e duplas de carbono . Mais precisamente, o licopeno possui 11 ligações duplas de carbono conjugadas ao longo de sua estrutura, duas ligações duplas não conjugadas e nenhum grupo terminal (Fig. 1).