Algunas moléculas responden a pulsos de luz externos cambiando su estructura y manteniendo ciertos estados que pueden cambiar de uno a otro. Estos se denominan comúnmente fotointerruptores y suelen tener dos estados posibles. Sin embargo, recientemente, científicos del Instituto de Química Orgánica y Bioquímica de la Academia Checa de Ciencias (IOCB Praga) han desarrollado una molécula que lleva las posibilidades de los fotointerruptores un paso más allá.
La nueva molécula se puede cambiar no entre dos sino entre tres estados distintos. Esto le da la capacidad de contener información mucho más compleja en su estructura molecular de lo que ha sido posible hasta ahora. Un artículo sobre el tema, en coautoría con Ph.D. El estudiante Jakub Copko y el Dr. Tomáš Slanina, ha sido publicado en Chemical Communications. .
Aunque los científicos sabían que moléculas similares podrían entrar en un tercer estado, optaron por no estudiarlo. El razonamiento fue que no podían mantener el control sobre las transiciones entre las formas moleculares individuales y que la presencia de una tercera forma sólo complicaba el comportamiento de las moléculas. Ahora, los investigadores del grupo dirigido por el Dr. Slanina han superado este obstáculo.
"Podemos cambiar las moléculas de forma precisa y selectiva entre tres estados como queramos", afirma uno de los autores del artículo, Jakub Copko.
Los cambios estructurales en los fotointerruptores suelen manifestarse como alteraciones de sus propiedades macroscópicas. Cuando una molécula se expone a una luz de determinados parámetros puede, por ejemplo, cambiar de color, lo que puede incluso ser visible a simple vista. Por ejemplo, el azul puede convertirse en amarillo y viceversa, y los dos colores pueden tratarse como ceros y unos, respectivamente. De este modo, las moléculas individuales funcionan como bits de memoria y además son fáciles de leer.
"Sin embargo, existe una diferencia:gracias a su minúsculo tamaño, pueden almacenar un orden de magnitud mayor de información que los chips basados en silicio", afirma el Dr. Slanina. "Todo esto funciona sólo con fotointerruptores que sean lo suficientemente estables como para no cambiar espontáneamente entre estados individuales en ausencia de luz."
"Este era el requisito que hasta ahora era tan difícil de cumplir, por lo que los expertos ni siquiera habían intentado lograr una transición a un tercer estado dentro de una molécula. Esto sólo es posible gracias a nuestro descubrimiento actual."
Al pasar del segundo estado al tercero, lo que cambia significativamente no es el color, sino la geometría de la molécula. Esto es especialmente conveniente cuando es conveniente "dar forma" a una molécula para que encaje en un centro activo objetivo o, por el contrario, para que sea expulsada de él.
Todo esto lo desencadena un pulso de luz de una longitud de onda específica. La gama de posibles aplicaciones prácticas es amplia. Sin embargo, debido a que es un descubrimiento tan reciente, los expertos apenas están comenzando a descubrir su potencial.
Los científicos del Grupo Slanina llevan mucho tiempo investigando los fotointerruptores. Específicamente, se han centrado en sustancias conocidas como fulgidas, que sólo están siendo estudiadas por un puñado de laboratorios en todo el mundo, aunque generalmente tienen mejores propiedades en comparación con otros fotointerruptores. La razón es sencilla:hasta ahora su preparación ha sido muy complicada.
Sin embargo, Copko también ha logrado eliminar este obstáculo. Explica:"Cuando comencé mis estudios de doctorado, me llevó hasta un mes preparar un solo fulgido. Ahora, gracias a nuestro atajo químico, está listo en una tarde".
Utiliza lo que se llama reacción en un solo recipiente, lo que significa que todas las transformaciones químicas tienen lugar en un solo matraz, eliminando la necesidad de aislar y purificar todos los productos intermedios. Esto no sólo acelera notablemente la preparación sino que también da como resultado una reacción más limpia con un mayor rendimiento y disminuye el impacto ambiental.
Slanina añade:"Nos esforzamos por garantizar que los fulgidos no sean simplemente un grupo de sustancias relegadas a los libros de texto, sino que reciban una exposición más amplia. Esto puede hacer avanzar el campo de los fotointerruptores a nivel mundial". Gracias al trabajo de su grupo, la preparación de este tipo de fotointerruptor es ahora tan sencilla que se puede realizar en cualquier laboratorio de química sintética, incluso sin ninguna experiencia previa con la química de fotointerruptor.
Más información: Jakub Copko et al, El fotocromismo impulsado por la multiplicidad controla los fotointerruptores de fulgimida de tres estados, Comunicaciones químicas (2024). DOI:10.1039/D3CC05975H
Información de la revista: Comunicaciones químicas
Proporcionado por el Instituto de Química Orgánica y Bioquímica de la Academia Checa de Ciencias (IOCB Praga)
