Nuovo metodo dell’Università di Bologna per controllare i complessi molecolari
Scoperta innovativa utilizza la luce visibile per creare materiali attivi e farmaci intelligenti, aprendo nuove strade nella nanotecnologia.
Un team di ricerca internazionale guidato dall’Università di Bologna ha sviluppato un metodo rivoluzionario per controllare la formazione di complessi molecolari utilizzando la luce visibile. Lo studio, pubblicato sulla rivista Chem, potrebbe favorire la creazione di farmaci innovativi e materiali attivi. Gli scienziati hanno combinato reazioni fotochimiche indotte dalla luce con processi di auto-assemblaggio molecolare, riuscendo a posizionare una molecola filiforme all’interno di una molecola ad anello in una configurazione ad alta energia, impossibile da ottenere in condizioni di equilibrio termodinamico. La luce, in pratica, permette di creare un incastro molecolare altrimenti inaccessibile.
“Abbiamo dimostrato che, somministrando energia luminosa a una soluzione acquosa, si può impedire che una reazione di auto-assemblaggio molecolare raggiunga il minimo termodinamico, un fenomeno poco esplorato nelle molecole artificiali per la sua complessità”, spiega Alberto Credi, professore del Dipartimento di Chimica Industriale “Toso Montanari” dell’Università di Bologna. La semplicità e la versatilità del metodo, insieme all’uso della luce visibile come fonte energetica pulita e sostenibile, aprono prospettive per applicazioni in molteplici settori, dalla tecnologia alla medicina.
L’auto-assemblaggio molecolare è un processo cruciale per la nanotecnologia, in cui componenti a scala nanometrica si combinano per formare strutture ordinate. Questo avviene naturalmente attraverso il raggiungimento di uno stato di equilibrio termodinamico, ma nei sistemi viventi le trasformazioni chimiche avvengono al di fuori dell’equilibrio grazie a un apporto energetico esterno. Riprodurre artificialmente questi meccanismi è una sfida che potrebbe portare alla creazione di sostanze capaci di rispondere a stimoli esterni e interagire con l’ambiente.
“Il nostro approccio combina un processo di auto-assemblaggio con una reazione fotochimica, permettendo di utilizzare l’energia luminosa per accumulare prodotti instabili,” aggiunge Credi. Questa innovazione potrebbe dar vita a materiali dinamici e dispositivi molecolari come nanomotori, in grado di operare in condizioni di non-equilibrio, proprio come gli esseri viventi.
Gli elementi chiave dell’incastro molecolare studiato includono ciclodestrine e derivati dell’azobenzene. Le ciclodestrine, molecole cave e idrosolubili dalla forma tronco-conica, interagiscono con i derivati dell’azobenzene, molecole che cambiano configurazione sotto l’effetto della luce. In acqua, queste due molecole formano complessi supramolecolari, con l’azobenzene che si inserisce nella cavità della ciclodestrina.
In condizioni normali, si forma un complesso stabile favorito termodinamicamente. Tuttavia, quando la soluzione viene irradiata con luce visibile, l’azobenzene passa da una configurazione distesa a una piegata, dissociando il complesso. La luce può poi riconvertire l’azobenzene alla configurazione originale, permettendo ai componenti di riassemblarsi. Con un’illuminazione continua, si raggiunge uno stato stazionario in cui prevale il complesso formato più rapidamente. Spegnendo la luce, l’azobenzene ritorna lentamente alla configurazione distesa, portando alla formazione del complesso stabile.
Questa scoperta offre nuove opportunità per sviluppare metodologie di sintesi chimica avanzate e materiali molecolari innovativi, con un potenziale significativo nel campo della tecnologia e della medicina.
