Os interruptores ativados por luz são muito pequenos para serem vistos a olho nu, mas os sistemas moleculares estão trabalhando arduamente na pesquisa relacionada ao design de drogas, materiais adaptativos e armazenamento de dados. Para desbloquear a promessa de novas gerações de terapias médicas e sistemas de memória, os pesquisadores devem primeiro superar as desvantagens dos dispositivos microscópicos que podem ser difíceis de produzir e não têm versatilidade.

Pesquisadores do Dartmouth College desenvolveram um novo interruptor molecular baseado no grupo funcional hidrazona que combina as propriedades mais importantes da classe atual de interruptores ativados por luz e resolve muitos dos problemas associados a eles. A molécula recém-desenvolvida é fácil de fazer, simples de trabalhar, mostra a alternância de emissão de fluorescência "on-off", e pode ser usado para escrever, ler e apagar informações tanto no estado líquido quanto no sólido.

Olhando para o futuro, interruptores como esses podem ser potencialmente usados ​​para o desenvolvimento de fotomedicações sofisticadas que administram drogas com precisão em nível celular. Em anos que virão, interruptores de hidrazona também podem levar ao desenvolvimento de dispositivos de memória de alta densidade com o volume de uma partícula de poeira.

Conforme detalhado no Jornal da American Chemical Society , Sistema de hidrazona de Dartmouth, "embala a maioria, se não todos, o desejado, traços direcionados e procurados de compostos fotocrômicos. "

"Este é um switch que pode fazer tudo, "disse Ivan Aprahamian, professor associado de química e chefe da equipe de pesquisa em Dartmouth. "O que desenvolvemos é uma nova ferramenta que combina todas as boas propriedades de switches conhecidos sem seus efeitos colaterais, e de uma forma simples, design simples. "

Semelhante a apertar um botão físico, interruptores fotocrômicos dependem de luzes de diferentes comprimentos de onda para mover as moléculas entre as posições "ligada" e "desligada". O feedback fluorescente produzido durante o processo de troca pode ser usado para armazenar e ler grandes quantidades de dados em escala microscópica e até mesmo fornecer sinais sobre onde um medicamento está sendo administrado depois que a droga entra no corpo do paciente, uma ferramenta importante para o direcionamento de medicamentos.

Para alternar o interruptor no estudo de Dartmouth, os pesquisadores usaram uma "luz azul" operando no mesmo comprimento de onda de 450 nm de um ponteiro laser para escrever as informações ativando o interruptor. Um segundo comprimento de onda ultravioleta de 365 nm foi usado para apagar as informações, desligando o interruptor.

No papel, os pesquisadores demonstraram que a mudança funciona tanto em água quanto em tampão de soro fetal bovino - um bio-meio freqüentemente usado - confirmando que o sistema molecular pode ser útil como uma ferramenta de entrega de drogas.

Além de ter um bom desempenho na solução, os pesquisadores descobriram que o interruptor de hidrazona também funciona em filmes de estado sólido. Moléculas que passam por grandes mudanças estruturais geralmente não operam no estado sólido sem manipulação complexa. Esta funcionalidade adicional permite que seja usado efetivamente para armazenamento de dados.

"Essa resposta de fluorescência on-off tanto em solução quanto em estado sólido para compostos fotocrômicos é altamente incomum, "disse Baihao Shao, um Ph.D. estudante em Dartmouth e o primeiro autor do estudo.

A equipe foi capaz de usar fontes de luz de um fóton e dois fótons para operar a nova chave. O infravermelho próximo, O sistema de dois fótons permite que a luz penetre mais profundamente no tecido e o torna mais seguro para uso em humanos. A ativação de dois fótons também permite técnicas de microscopia 3-D que são importantes para o armazenamento avançado de dados.

O artigo de pesquisa observa que o switch de hidrazona tem meia-vida de 75 anos em solução em temperatura ambiente. Em estado sólido, a memória do switch pode ser indefinida. Essa estabilidade é outro recurso importante que adiciona à sua funcionalidade geral para armazenamento de dados de longo prazo.

“Estamos extremamente entusiasmados com os resultados, bem como com a recepção que estão obtendo da comunidade científica. Com base nesses resultados ainda não publicados, sentimos que esta tecnologia tem a promessa de ser verdadeiramente transformadora, "disse Aprahamian.

Durante o experimento, algum apagamento ocorreu durante a leitura, pois a luz de excitação também resulta em comutação lenta, criando um desafio que os pesquisadores estão trabalhando para minimizar.

Massimo Baroncini, Hai Qian, Laura Bussotti, Mariangela Di Donato e Alberto Credi também contribuíram com esta pesquisa. A pesquisa foi realizada em colaboração com a Universidade de Bolonha.