Uma colaboração de instituições, incluindo a Universidade de Groningen, desenvolveu uma classe inteiramente nova de photoswitches moleculares que atendem a muitos requisitos anteriormente considerados inalcançáveis. Os resultados foram publicados em Nature Communications em 3 de junho.

Os photoswitches moleculares são de interesse particular de pesquisa, pois compreendem um meio não invasivo e localizado para coisas como a ativação de uma droga onde e quando for necessário. Essas opções existem, mas estão longe de ser ideais, pois requerem luz ultravioleta prejudicial para o seu funcionamento, que é um empecilho do ponto de vista clínico.

Além disso, eles não podem ser alternados exclusivamente de um estado para outro, e normalmente não funcionam nas condições fisiológicas do corpo humano. As bandas de absorção descrevem quais comprimentos de onda de luz são necessários para a comutação. Quando as bandas de absorção do estado "ligado" e "desligado" se sobrepõem, alternar entre os dois estados requer luz do mesmo comprimento de onda, o que é muito ineficaz. Contudo, se as bandas de absorção estiverem bem separadas, então, alternar entre o estado "ligado" e "desligado" pode ser feito com alta especificidade e eficiência com luz de diferentes comprimentos de onda. Interruptores moleculares que atendam a tais requisitos são, portanto, altamente desejáveis, mas até agora, ninguém conseguiu criar um design adequado.

O tioíndigo e o azobenzeno são dois motivos químicos amplamente usados ​​em interruptores moleculares, embora sofram das desvantagens mencionadas anteriormente. O Dr. Wiktor Szymanski, do University Medical Center Groningen, percebeu que a fusão desses dois também deveria funcionar como um photoswitch, e, semelhante ao cruzamento, muito provavelmente teria propriedades melhoradas em comparação com seus "pais".

"Contudo, os resultados iniciais foram muito decepcionantes, "diz Mark Hoorens, o Ph.D. estudante da UMCG que sintetizou o composto iminotioindoxil (ITI) e tentou trocá-lo. "Não vimos nenhuma mudança no espectro de absorção quando o irradiamos, nada parecia acontecer. Portanto, perdemos o interesse por este composto e continuamos com outras pesquisas. "

No Simpósio Internacional de Fotofarmacologia de 2017 organizado em Groningen, o grupo discutiu seus resultados com cientistas do grupo Molecular Photonics da Universidade de Amsterdã. Com base nessa discussão, os pesquisadores concluíram que pode valer a pena repetir os experimentos de irradiação usando as instalações da Universidade de Amsterdã, que têm uma melhor resolução de tempo. O novo experimento produziu um resultado surpreendente.

"Inicialmente, nós não acreditamos em nossos olhos, "diz Mark Hoorens (UvA)." Vimos uma banda de absorção completamente separada aparecer 100 nm ao vermelho da banda de absorção de estado estacionário do ITI com uma vida útil de cerca de 10 a 20 milissegundos, e na primeira instância, até suspeitava que estávamos observando contaminação na amostra. ”Um de seus“ pais ”absorveu na região UV e teve separação de bandas, enquanto o outro pai absorveu na região da luz visível, mas não tinha uma boa separação de banda.

O novo switch tinha o melhor de ambos. Essas propriedades nunca foram observadas em um photoswitch. Experimentos de acompanhamento confirmaram que o ITI é de fato o interruptor de luz visível que os cientistas procuravam. Os experimentos em uma escala de tempo de femto e picossegundos realizados nos laboratórios da Dra. Mariangela Di Donato no Laboratório Europeu de Espectroscopia Não Linear permitiram estudos mecanísticos adicionais. Mariangela diz, "A partir desses estudos, ficou claro que o ITI muda em uma escala de tempo ultrarrápida de algumas centenas de femtossegundos, semelhante à rapidez com que o pigmento visual em nossos olhos é alterado quando a luz incide sobre eles. "

Cálculos quânticos

A confirmação final foi fornecida por cálculos de química quântica realizados pelo Dr. Adèle Laurent (Universidade de Nantes) e Dr. Miroslav Medved '(Universidade Palacky em Olomouc). Esses cálculos previram os máximos de absorção dos dois fotoisômeros que eram muito semelhantes aos observados experimentalmente, mas também uma barreira para voltar à forma original que se ajustava perfeitamente ao tempo de vida observado. "Na primeira instância, ficamos bastante intrigados com esta gigantesca separação de banda de 100 nm, "diz Laurent, "mas nossos cálculos agora fornecem uma explicação lógica para isso. O que é ainda melhor é que eles nos permitem prever como o ITI pode ser modificado para atender aos requisitos específicos de seus usuários."

Mark Hoorens já sintetizou várias variedades que foram posteriormente caracterizadas em Amsterdã, Florença, Nantes e Olomouc. A partir desses estudos, tornou-se claro que o ITI é um switch incrivelmente versátil que pode ser operado sob uma ampla variedade de condições experimentais, incluindo, importante, biológicos, e com propriedades que são relativamente fáceis de ajustar.