Pesquisadores desafiam os limites da memória molecular, abrindo a porta para o desenvolvimento de chips moleculares
Os fotoswitches Fulgimida podem existir em três formas diferentes. Este estudo desenvolveu um método para alternar quantitativamente entre as diferentes formas, controlando as condições de multiplicidade e fotoisomerização. Crédito:Lucie Wohlrábová / IOCB Praga Algumas moléculas respondem a pulsos de luz externos alterando sua estrutura e mantendo certos estados que podem ser alternados de um para outro. Eles são comumente chamados de photoswitches e geralmente têm dois estados possíveis. Recentemente, no entanto, cientistas do Instituto de Química Orgânica e Bioquímica da Academia Checa de Ciências (IOCB Praga) desenvolveram uma molécula que leva as possibilidades dos photoswitches um passo adiante.
A nova molécula pode ser alternada não entre dois, mas entre três estados distintos. Isto dá-lhe a capacidade de reter informações muito mais complexas na sua estrutura molecular do que foi possível até agora. Um artigo sobre o tema, de coautoria com Ph.D. o estudante Jakub Copko e o Dr. Tomáš Slanina, foi publicado na Chemical Communications .
Embora os cientistas soubessem que moléculas semelhantes poderiam entrar num terceiro estado, optaram por não estudá-lo. O raciocínio era que eles não conseguiam manter o controle sobre as transições entre as formas moleculares individuais e que a presença de uma terceira forma apenas complicava o comportamento das moléculas. Agora, pesquisadores do grupo liderado pela Dra. Slanina superaram esse obstáculo.
“Somos capazes de alternar moléculas de forma precisa e seletiva entre três estados como quisermos”, diz um dos autores do artigo, Jakub Copko.
Mudanças estruturais nos photoswitches geralmente se manifestam como alterações em suas propriedades macroscópicas. Quando exposta à luz de determinados parâmetros, uma molécula pode, por exemplo, mudar de cor, podendo até ser visível a olho nu. Por exemplo, o azul pode se transformar em amarelo e vice-versa, e as duas cores podem ser tratadas como zeros e uns, respectivamente. Assim, moléculas individuais funcionam da mesma maneira que bits de memória e também são fáceis de ler.
“Há, no entanto, uma diferença:graças ao seu tamanho minúsculo, eles podem armazenar uma ordem de grandeza maior de informações do que os chips baseados em silício”, diz o Dr. Slanina. "Tudo isso funciona apenas com interruptores fotográficos que são estáveis o suficiente para não alternar entre estados individuais espontaneamente na ausência de luz."
"Foi este mesmo requisito que até agora tem sido tão difícil de cumprir, por isso os especialistas nunca tentaram alcançar uma transição para um terceiro estado dentro de uma molécula. Isto só é possível graças à nossa descoberta atual." Crédito:Instituto de Química Orgânica e Bioquímica da Academia Tcheca de Ciências (IOCB Praga) Na transição do segundo estado para o terceiro, não é a cor, mas a geometria da molécula que muda significativamente. Isto é especialmente conveniente sempre que for adequado “moldar” uma molécula de modo que ela se encaixe em um centro ativo alvo ou, inversamente, de modo que seja empurrada para fora dele.
Um pulso de luz de um comprimento de onda específico desencadeia tudo isso. A gama de possíveis aplicações práticas é ampla. No entanto, por se tratar de uma descoberta tão recente, os especialistas estão apenas começando a descobrir o seu potencial.
Cientistas do Grupo Slanina pesquisam interruptores fotográficos há muito tempo. Especificamente, eles têm se concentrado em substâncias conhecidas como fulgídeos, que estão sendo estudadas por apenas alguns laboratórios em todo o mundo, embora geralmente tenham propriedades melhores em comparação com outros fotocomutadores. A razão é simples:a sua preparação tem sido muito complicada até agora.
No entanto, Copko também conseguiu remover este obstáculo. Ele explica:"Quando comecei meus estudos de doutorado, levei até um mês para preparar um único fulgide. Agora, graças ao nosso atalho químico, ele fica pronto em uma tarde."
Ele usa o que é chamado de reação one-pot, o que significa que todas as transformações químicas ocorrem em um único frasco, eliminando a necessidade de isolar e purificar todos os produtos intermediários. Isto não só acelera significativamente a preparação, mas também resulta numa reação mais limpa, com maior rendimento e diminui o impacto ambiental.
Slanina acrescenta:"Estamos nos esforçando para garantir que os fulgidos não sejam apenas um grupo de substâncias relegadas aos livros didáticos, mas que recebam uma exposição mais ampla. Eles podem avançar no campo dos interruptores fotográficos em todo o mundo." Graças ao trabalho de seu grupo, a preparação desse tipo de photoswitch é agora tão simples que pode ser feita em qualquer laboratório de química sintética, mesmo sem qualquer experiência anterior com a química do photoswitch.
