Interruptors moleculars fluorescents intel·ligents basats en compostos a base de bor

Científics han desenvolupat interruptors moleculars extremadament estables d'alta lluminositat que s'auto-acoblen en nanoestructures 1D i formen materials tipus gel. Aquests interruptors moleculars poden ser usats en biomedicina com sondes fluorescents d'imatge o en sensors, en pantalles fluorescents, o en memòries i dispositius de processament d'informació.

Aquests interruptors moleculars poden ser usats en biomedicina com sondes fluorescents d'imatge o en sensors, en pantalles fluorescents, o en memòries i dispositius de processament d'informacióUn interruptor molecular és una molècula que pot ser convertida reversiblement entre dos o més estats estables en resposta a un estímul extern, com un canvi en el pH, la llum o el corrent elèctric. Aquestes molècules són d'interès en el camp de la nanotecnologia per a la seva aplicació en ordinadors moleculars o sistemes d'administració de fàrmacs. Si en un dels dos estats (on/off) la molècula és fluorescent, els compostos s'anomenen llavors interruptors moleculars fluorescents, i les seves aplicacions són encara més interessants en el camp de les ciències de la vida, especialment si poden funcionar en espais confinats. Per exemple, poden ser utilitzats com a biosensors, o agents per imatge biomèdica en cèl·lules.

Científics de l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB, CSIC) i de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) han desenvolupat un conjunt d'interruptors moleculars fluorescents extremadament estables que poden ser controlats electroquímicament mitjançant l'aplicació d'un potencial. Això és possible a causa de la presència d'un anió electroactiu molt particular - una molècula carregada negativament, que s'oxida i redueix molt ràpidament. En aquest cas, l'anió és l'anomenat anió COSAN (amb nom complet és cobaltabisdicarballur), un complex basat en clústers de bor coordinats a un centre metàl·lic de Co(III), que té la inusual propietat d'auto-acoblar-se en forma de vesícules i micel·les.

Aquests sistemes són els primers exemples d'interruptors moleculars fluorescents intel·ligents controlats per reaccions redox (reducció/oxidació), obtinguts a partir de compostos a base de clústers de bor. A causa de la presència del COSAN, són extremadament estables, solubles en un gran nombre de dissolvents orgànics, i mostren un gran rang de variació reversible de fluorescència. A més, aquestes molècules poden formar gels amb nanoestructures 1D per autoassemblatge, que poden preservar, en alguns casos, el comportament luminiscent.

Aquest treball de recerca és el resultat de la col·laboració entre els equips liderats pels científics Rosario Núñez del Laboratori de Materials Inorgànics i Catàlisi (LMI) de l'ICMAB-CSIC i Jordi Hernando del Grup d'Electroquímica, Fotoquímica i Reactivitat Orgànica (GEFRO) de la UAB. L'experiència del grup LMI de l'ICMAB en la química, l’electroquímica i la fotoluminiscència de materials basats en clústers de bor, i l'experiència del grup GEFRO de la UAB en l'estudi de les propietats luminiscents i electroquímiques dels colorants fluorescents com els derivats del perilè, s'han unit en una sinèrgia molt positiva que ha permès acoblar les particularitats de les dues àrees d'investigació per produir aquestes noves molècules intel·ligents amb un comportament electro-òptic excel·lent.

"Les propietats d'aquests compostos, induïdes per l’anió COSAN, demostren inequívocament la seva capacitat per comportar-se com a interruptors fluorescents de tipus redox, fent-los útils per al disseny de memòries moleculars i dispositius de processament d'informació, biosensors i sondes per a bioimatge, o pantalles electrofluorocròmiques" afirma Rosario Núñez, investigadora de l'ICMAB.

"A més, aquests sistemes superen les prestacions dels sistemes anteriors basats en conjugats de perilendiimides amb altres compostos metàl·lics amb activitat redox com el ferrocè: d'una banda, presenten una major modulació reversible de la fluorescència amb mínima degradació, mentre que la solubilitat en medis polars millora enormement, la qual cosa és indispensable per a futures aplicacions en sistemes biològics" explica Jordi Hernando, investigador de la UAB.

L’estudi s’ha publicat i ha estat destacat a la portada de la revista Chemistry. A European Journal.

Article de referència:

Reversibly switchable fluorescent molecular systems based on metallacarborane‐perylenediimide conjugates. Laura Parejo, Mahdi Chaari, Sara Santiago, Gonzalo Guirado, Francesc Teixidor, Rosario Núñez, Jordi Hernando Chemistry A European Journal, 2020.