Los interruptores activados por luz son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista, pero los sistemas moleculares están trabajando arduamente en la investigación relacionada con el diseño de fármacos, materiales adaptables y almacenamiento de datos. Para desbloquear la promesa de las nuevas generaciones de terapias médicas y sistemas de memoria, Los investigadores primero deben superar los inconvenientes de los dispositivos microscópicos que pueden ser difíciles de producir y carecen de versatilidad.

Los investigadores de Dartmouth College han desarrollado un nuevo interruptor molecular basado en el grupo funcional hidrazona que combina las propiedades más importantes de la clase actual de interruptores activados por luz y resuelve muchos de los problemas asociados con ellos. La molécula recién desarrollada es fácil de hacer, sencillo de trabajar, muestra alternancia de emisión de fluorescencia "on-off", y se puede usar para escribir, leer y borrar información tanto en estado líquido como en estado sólido.

Mirando hacia el futuro interruptores como estos pueden usarse potencialmente para el desarrollo de fotomedicaciones sofisticadas que administran medicamentos con precisión a nivel celular. En los próximos años, Los interruptores de hidrazona también pueden conducir al desarrollo de dispositivos de memoria de alta densidad con el volumen de una mota de polvo.

Como se detalla en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense , Sistema de hidrazona de Dartmouth, "empaqueta la mayoría, si no todos, el deseado, rasgos específicos y buscados de los compuestos fotocrómicos ".

"Este es un interruptor que puede hacerlo todo, "dijo Ivan Aprahamian, profesor asociado de química y jefe del equipo de investigación de Dartmouth. "Lo que desarrollamos es una nueva herramienta que combina todas las buenas propiedades de los interruptores conocidos sin sus efectos secundarios, y de una manera simple, diseño sencillo ".

Similar a accionar un interruptor físico, Los interruptores fotocromáticos se basan en luces de diferentes longitudes de onda para mover moléculas entre las posiciones de "encendido" y "apagado". La retroalimentación fluorescente producida durante el proceso de cambio se puede usar para almacenar y leer grandes cantidades de datos a escala microscópica e incluso proporcionar señales sobre dónde se administra un medicamento después de que el medicamento ingresa al cuerpo del paciente. una herramienta importante para la focalización de medicamentos.

Para alternar el interruptor en el estudio de Dartmouth, Los investigadores utilizaron una "luz azul" que operaba a la misma longitud de onda de 450 nm de un puntero láser para escribir la información activando el interruptor. Se utilizó una segunda longitud de onda ultravioleta de 365 nm para borrar la información apagando el interruptor.

En el papel, Los investigadores demostraron que el interruptor funciona tanto en agua como en tampón de suero bovino fetal, un medio biológico de uso frecuente, lo que confirma que el sistema molecular puede ser útil como herramienta de administración de fármacos.

Además de funcionar bien en solución, los investigadores encontraron que el interruptor de hidrazona también funciona en películas de estado sólido. Las moléculas que pasan por grandes cambios estructurales generalmente no operan en estado sólido sin una manipulación compleja. Esta funcionalidad adicional permite que se utilice de forma eficaz para el almacenamiento de datos.

"Esta respuesta de fluorescencia de encendido-apagado tanto en solución como en estado sólido para compuestos fotocrómicos es muy inusual, "dijo Baihao Shao, un doctorado estudiante en Dartmouth y el primer autor del estudio.

El equipo pudo utilizar fuentes de luz de fotón único y de dos fotones para operar el nuevo interruptor. El infrarrojo cercano, El sistema de dos fotones permite que la luz penetre más profundamente en el tejido y lo hace más seguro para su uso con humanos. La activación de dos fotones también permite técnicas de microscopía tridimensional que son importantes para el almacenamiento avanzado de datos.

El artículo de investigación señala que el interruptor de hidrazona tiene una vida media de 75 años en solución a temperatura ambiente. En estado sólido, la memoria del interruptor podría ser indefinida. Dicha estabilidad es otra característica clave que se suma a su funcionalidad general para el almacenamiento de datos a largo plazo.

"Estamos muy entusiasmados con los resultados, así como con la recepción que está obteniendo de la comunidad científica. Basándonos en estos resultados, que aún no han sido publicados, creemos que esta tecnología promete ser verdaderamente transformadora, "dijo Aprahamian.

Durante el experimento, se produjo algo de borrado durante la lectura, ya que la luz de excitación también da como resultado un cambio lento, creando un desafío que los investigadores están trabajando para minimizar.

Massimo Baroncini, Hai Qian, Laura Bussotti, Mariangela Di Donato y Alberto Credi también contribuyeron a esta investigación. La investigación se realizó en colaboración con la Universidad de Bolonia.