Sur les remarquables propriétés optiques non linéaires du lycopène naturel de tomate

Jun 05, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 9078 (2022) Citer cet article

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Conformément au regain d'intérêt pour le développement de nouveaux matériaux optiques non linéaires (NLO), les propriétés NLO du lycopène naturel sont rapportées pour la première fois dans la littérature scientifique. Corrélé à sa conformation linéaire d'électrons π conjugués 1-D, il est montré que le lycopène naturel présente une non-linéarité de 3ème ordre significativement élevée χ(3) aussi élevée que 2,65 10−6 esu, la plus grande valeur de tous les phyto-composés naturels étudiés. jusqu'à présent, y compris le β-carotène. En plus d'une absorption saturable, l'effet d'auto-défocalisation observé dans le lycopène semble être le résultat d'une non-linéarité thermique. La réponse non linéaire couplée à la fluorescence observée dans la plage spectrale visible indique une application potentielle de thérapie photodynamique ainsi que la possibilité d'ingénierie de nouveaux nanomatériaux NLO hybrides à base de lycopène.

Les matériaux optiques non linéaires (NLO) ont progressé progressivement au cours des 20 dernières années, malgré des recherches intensives en cours en vue de découvrir de nouveaux matériaux NLO1,2,3. Une telle recherche de nouveaux matériaux NLO est motivée par les applications photoniques technologiques liées aux TIC, en particulier dans les systèmes logiques, toute commutation optique, conversion de fréquence, amplification de la lumière, bistabilité optique, toute commutation optique, entre autres. En outre, les matériaux NLO sont devenus essentiels en raison de leur rôle essentiel dans le traitement de l'information à grande vitesse pour relever les défis de la réduction de la consommation d'énergie et de l'amélioration de la vitesse ainsi que de la bande passante dans les diverses technologies TIC modernes.

Les matériaux NLO présentent des susceptibilités optiques significativement importantes du deuxième ou du troisième ordre χ(2) ou χ(3). On peut distinguer les familles inorganiques et organiques. Parmi les substances inorganiques, le borate de baryum bêta (BaB2O4), le titanate de baryum (BaTiO3), le niobate de lithium (LiNbO3), le KH2PO3 (KDP), le tantalite de lithium (LiTaO3) et le niobate de potassium (KNbO3) sont des matériaux de commutation optique et de doublement de fréquence χ(2). qui sont étudiés depuis des décennies. Parmi les matières organiques, il existe un grand nombre de matières organiques χ(3) et χ(2), notamment des colorants, du diméthylamino nitrostilbène, de la méthylnitroanaline, du poly-BCMU, des polydiacétylènes et de l'urée4. Parce qu’il s’agit essentiellement de chaînes, de nombreuses molécules organiques peuvent être facilement polarisées et présentent donc des susceptibilités d’ordre supérieur. La polarisabilité des matériaux organiques est souvent renforcée par la mobilité des électrons π délocalisés dans les liaisons C – C des cycles aromatiques. De même, les matériaux hybrides NLO ont même été conçus en combinant des composants organiques et inorganiques tels que les métalophtalocyanines qui présentent de fortes absorptions à l’état excité5,6.

Parmi les premiers matériaux organiques NLO, on peut citer la Coumarine qui était initialement issue d'un composé naturel ; la fève Tonka7. La famille des colorants naturels coumarines est à l'origine de la première série de sources laser accordables ; les sources Laser à colorant. Pourtant, la molécule de coumarine est non fluorescente, elle affiche des propriétés de fluorescence intenses lors de la substitution de groupes fonctionnels à différentes positions. En plus de la coumarine, plusieurs composés naturels présentent une réponse NLO significative dans la gamme spectrale VIS et IR, notamment la chlorophylle naturelle8,9,10,11.

Comme mentionné précédemment, il a été démontré que les systèmes d'électrons π quasi 1-D conjugués, tels que les polymères semi-conducteurs, présentent une réponse NLO améliorée du troisième ordre. En conséquence, et comme le lycopène extrait du fruit de la tomate possède une telle conformation électronique d'électrons π 1-D (Fig. 1), il devrait également présenter une réponse χ (3). En effet, le Lycopène issu de l'extrait naturel de tomate est un terpène constitué de 8 molécules d'isoprène avec une formulation chimique de C40H56. Lycopène de tomate Est une molécule longue à chaîne carbonée conjuguée à des électrons π (Fig. 1). Comme dans le cas de la grande famille des caroténoïdes, l’épine dorsale d’une telle molécule est constituée d’une alternance de liaisons simples et doubles carbonées12. Plus précisément, le lycopène possède 11 doubles liaisons carbone conjuguées le long de son squelette, deux doubles liaisons non conjuguées et aucun groupe terminal (Fig. 1).