Una colaboración de instituciones, incluida la Universidad de Groningen, ha desarrollado una clase completamente nueva de interruptores fotográficos moleculares que cumplen con muchos requisitos que antes se consideraban imposibles de obtener. Los resultados han sido publicados en Comunicaciones de la naturaleza el 3 de junio.

Los fotointerruptores moleculares son de particular interés para la investigación, ya que constituyen un medio no invasivo y localizado para cosas como la activación de un fármaco donde y cuando se necesite. Tales interruptores existen, pero están lejos de ser ideales, ya que requieren luz ultravioleta dañina para su funcionamiento, que es un tapón de espectáculo desde un punto de vista clínico.

Es más, no pueden cambiarse exclusivamente de un estado a otro, y normalmente no funcionan en condiciones fisiológicas del cuerpo humano. Las bandas de absorción describen qué longitudes de onda de luz se necesitan para la conmutación. Cuando las bandas de absorción del estado "encendido" y "apagado" se superponen, cambiar entre los dos estados requiere luz de la misma longitud de onda, que es muy ineficaz. Sin embargo, si las bandas de absorción están bien separadas, luego, el cambio entre el estado "encendido" y "apagado" se puede hacer con alta especificidad y eficiencia con luz de diferentes longitudes de onda. Por lo tanto, los interruptores moleculares que cumplen con estos requisitos son altamente deseables, pero hasta ahora nadie ha podido idear un diseño adecuado.

El tioíndigo y el azobenceno son dos motivos químicos que se utilizan ampliamente en interruptores moleculares, aunque adolecen de los inconvenientes mencionados anteriormente. El Dr. Wiktor Szymanski del Centro Médico Universitario de Groningen se dio cuenta de que una fusión de estos dos también debería poder funcionar como un interruptor fotográfico, y, similar al mestizaje, muy probablemente habría mejorado las propiedades en comparación con sus "padres".

"Sin embargo, los resultados iniciales fueron muy decepcionantes, "dice Mark Hoorens, el Ph.D. estudiante de la UMCG que sintetizó el compuesto de iminotioindoxilo (ITI) y trató de cambiarlo. "No vimos ningún cambio en el espectro de absorción cuando lo irradiamos, nada parecía suceder. Por lo tanto, perdimos el interés en este compuesto y continuamos con otras investigaciones ".

En el Simposio Internacional de Fotofarmacología de 2017 organizado en Groningen, el grupo discutió sus resultados con científicos del grupo de Fotónica Molecular de la Universidad de Amsterdam. Basado en esa discusión, los investigadores concluyeron que podría valer la pena repetir los experimentos de irradiación utilizando las instalaciones de la Universidad de Amsterdam. que tienen una mejor resolución de tiempo. El nuevo experimento produjo un resultado sorprendente.

"En primer lugar, no creímos a nuestros ojos, ", dice Mark Hoorens (UvA)." Vimos una banda de absorción completamente separada aparecer 100 nm al rojo de la banda de absorción de estado estable de ITI con una vida útil de aproximadamente 10 a 20 milisegundos, y en primera instancia, incluso sospechaba que estábamos buscando contaminación en la muestra ". Uno de sus" padres "se absorbió en la región UV y tenía separación de bandas, mientras que el otro padre absorbió en la región de luz visible, pero no tuvo una buena separación de bandas.

El nuevo interruptor tenía lo mejor de ambos. Nunca antes se habían observado tales propiedades en un interruptor fotográfico. Los experimentos de seguimiento confirmaron que ITI es de hecho el interruptor de luz visible que los científicos estaban buscando. Los experimentos en una escala de tiempo de femto y picosegundos realizados en los laboratorios de la Dra. Mariangela Di Donato en el Laboratorio Europeo de Espectroscopía No Lineal permitieron más estudios mecanicistas. Mariangela dice:"De estos estudios, quedó claro que ITI se enciende en una escala de tiempo ultrarrápida de unos pocos cientos de femtosegundos, similar a la rapidez con que cambia el pigmento visual de nuestros ojos cuando la luz incide sobre él ".

Cálculos cuánticos

La confirmación final fue proporcionada por cálculos químicos cuánticos realizados por la Dra. Adèle Laurent (Universidad de Nantes) y el Dr. Miroslav Medved '(Universidad Palacky en Olomouc). Estos cálculos predijeron máximos de absorción de los dos fotoisómeros que fueron muy similares a los observados experimentalmente, pero también una barrera para volver a la forma original que se ajustaba excelentemente a la vida útil observada. "En la primera instancia, estábamos bastante desconcertados por esta gigantesca separación de banda de 100 nm, "dice Laurent, "pero nuestros cálculos ahora proporcionan una explicación lógica para esto. Lo que es aún mejor es que nos permiten predecir cómo se puede modificar ITI para cumplir con los requisitos específicos de sus usuarios".

Mark Hoorens ya ha sintetizado varias variedades que se han caracterizado aún más en Amsterdam, Florencia Nantes y Olomouc. De estos estudios, ha quedado claro que ITI es un interruptor increíblemente versátil que se puede operar en una amplia variedad de condiciones experimentales, que incluyen, en tono rimbombante, biológicos, y con propiedades que son relativamente fáciles de ajustar.