Pequenos interruptores, grande efeito
Mecanismo dos interruptores fotoeléctricos descodificado - com potencial para a medicina, os materiais e a eletrónica
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Uma equipa inter-universitária da TU Wien e da Universidade de Viena fez progressos importantes na compreensão dos chamados "photoswitches". Estes minúsculos "interruptores de luz" moleculares alteram a sua estrutura quando são expostos à luz - semelhante a um interrutor que muda entre "ligado" e "desligado". Aplicado à química, isto significa que a molécula muda da sua forma esticada para a sua forma dobrada, alterando assim as suas propriedades químicas. A capacidade de mudar as moléculas de forma direcionada abre perspectivas de aplicações na medicina, na ciência dos materiais e no armazenamento de dados. Os resultados da investigação foram agora publicados na revista Angewandte Chemie.
Pode pensar-se nos comutadores de fotografias como uma montanha russa com dois pontos: à esquerda vai depressa, à direita vai devagar.
Copyright: Maximilian Wutscher
Compreender e prever os comutadores moleculares
Durante muito tempo, não era claro porque é que certas moléculas se comportavam de uma forma ou de outra. A equipa conseguiu agora demonstrar que mesmo as mais pequenas alterações químicas - os chamados substituintes - são decisivas para determinar se um fotocomutador permanece ativo durante apenas alguns segundos ou se permanece estável durante um período de tempo mais longo. A equipa centrou-se na classe de substâncias arilazopirazol, que tem sido investigada como potenciais fotocontactores há já algum tempo.
Marko Mihovilovic, Diretor da Faculdade de Química Técnica da TU Wien, compara o processo subjacente a uma montanha russa: "Pode imaginar-se como uma montanha russa com dois interruptores: Se eu virar para a esquerda, a molécula muda rapidamente, se eu virar para a direita, muda lentamente. Mas tenho de compreender este processo para poder mudar de forma direcionada".
A equipa conseguiu compreender exatamente como isto funciona, associando o modelo teórico da Universidade de Viena e os dados experimentais da TU Wien. Só a interação de ambas as abordagens permitiu compreender e prever com precisão os tempos de comutação.
Novas perspectivas através do controlo direcionado
Com estes novos conhecimentos, foi agora possível, pela primeira vez, "personalizar" a vida útil destes fotocomutadores. Este é um passo decisivo para aplicações em que as moléculas podem ser activadas pela luz de forma controlada. Em particular na fotofarmacologia - ou seja, medicamentos que só se tornam eficazes no local desejado do corpo através da luz - isto poderia ajudar a reduzir os efeitos secundários e a controlar os tratamentos com maior precisão. Mas também se abrem novas possibilidades na eletrónica, onde são necessários tempos de comutação extremamente curtos, ou na investigação de materiais, onde é suposto os materiais mudarem com o toque de um botão.
"Somos engenheiros moleculares - montamos moléculas de modo a que tenham as propriedades desejadas", diz Mihovilovic. "Se compreendermos como ocorrem os processos de mudança molecular, podemos controlar efeitos que vão desde o microscópico ao macroscopicamente mensurável."
Teoria e experiência complementam-se
O lado teórico também desempenhou um papel decisivo. "Só com cálculos podemos compreender porque é que algumas moléculas mudam rapidamente e outras lentamente - e como estas propriedades podem ser previstas", explica Leticia González do Instituto de Química Teórica da Universidade de Viena. "Isto torna possível desenvolver especificamente novas moléculas com propriedades de comutação personalizadas, sem ter de depender de pura tentativa e erro".
O conhecimento também não se limita ao campo da fotofarmacologia, apesar de ser este o foco da equipa de investigação. Isto porque o modo de funcionamento é o mesmo, independentemente de se tratar de moléculas em materiais ou de produtos farmacêuticos. O trabalho foi realizado em cooperação entre o Instituto de Química Sintética Aplicada da TU Wien e o Instituto de Química Teórica da Universidade de Viena. O projeto foi financiado pelo Fundo Austríaco para a Ciência (FWF).
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