Un interruptor molecular es una molécula que puede ser convertida reversiblemente entre dos o más estados estables en respuesta a un estímulo externo, como un cambio en el pH, la luz o la corriente eléctrica. Estas moléculas son de interés en el campo de la nanotecnología para su aplicación en computadoras moleculares o sistemas de administración de fármacos. Si en uno de los dos estados (on/off) la molécula es fluorescente, los compuestos se denominan entonces interruptores moleculares fluorescentes, y sus aplicaciones son aún más interesantes en el campo de las ciencias de la vida, especialmente si pueden funcionar en espacios confinados. Por ejemplo, pueden ser utilizados como biosensores, o agentes para imagen biomédica en células.

Científicos del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB, CSIC) y de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) han desarrollado un conjunto de interruptores moleculares fluorescentes extremadamente estables que pueden ser controlados electroquímicamente mediante la aplicación de un potencial. Esto es posible debido a la presencia de un anión electroactivo muy particular - una molécula cargada negativamente, que se oxida y reduce muy rápidamente. En este caso, el anión es el llamado anión COSAN (su nombre completo es cobaltabisdicarballuro, y su fórmula química [3,3’-Co(C2B9H11)2]-), tratándose de un complejo basado en clústeres de boro coordinados a un centro metálico de Co(III), que tiene la inusual propiedad de auto-ensamblarse en vesículas y micelas.

Estos sistemas son los primeros ejemplos de interruptores moleculares fluorescentes inteligentes controlados por reacciones redox (reducción/oxidación), obtenidos a partir de compuestos a base de clústeres de boro. Debido a la presencia del COSAN, son extremadamente estables, solubles en un gran número de disolventes orgánicos, y muestran un gran rango de variación reversible de su fluorescencia. Además, estas moléculas pueden formar geles con nanoestructuras 1D por auto-ensamblado, que pueden preservar en algunos casos el comportamiento luminiscente.

Este trabajo de investigación es el resultado de la colaboración entre la Dra. Rosario Núñez del Laboratorio de Materiales Inorgánicos y Catálisis (LMI) del ICMAB-CSIC y el Dr. Jordi Hernando del Grupo de Electroquímica, Fotoquímica y Reactividad Orgánica (GEFRO) del Departamento de Química de la UAB. La experiencia del grupo LMI del ICMAB en la química, electroquímica y fotoluminiscencia de materiales basados en clústeres de boro, y la experiencia del grupo GEFRO de la UAB en el estudio de las propiedades luminiscentes y electroquímicas de colorantes fluorescentes, como los derivados del perileno, se han unido en una sinergia muy positiva que ha permitido acoplar las particularidades de ambas áreas de investigación para producir estas nuevas moléculas inteligentes con un comportamiento electro-óptico excelente.

"Las propiedades de estos compuestos, inducidas por la presencia del anión COSAN, demuestran inequívocamente su capacidad para comportarse como interruptores fluorescentes de tipo redox, lo que podría ser útil para el diseño de memorias moleculares y dispositivos de procesamiento de información, biosensores y sondas para bioimagen, o pantallas electrofluorocrómicas" afirma Rosario Núñez, investigadora del ICMAB.

"Además, estos sistemas superan las prestaciones de los sistemas anteriores basados en conjugados de perilendiimidas con otros compuestos metálicos con actividad redox como el ferroceno; por un lado, presentan una mayor modulación reversible de su fluorescencia con mínima degradación, mientras que se mejora enormemente su solubilidad en medios polares, lo que es indispensable para futuras aplicaciones en sistemas biológicos" explica Jordi Hernando, investigador de la UAB.

El estudio se ha publicado en Chemistry-A European Journal y destacado en la cubierta de la revsita.

Figura: Se han desarrollado nuevos interruptores fluorescentes basados en conjugados de cobaltabisdicaralluro (COSAN)-perilendiimida, que se usan para la preparación de geles con buenas propiedades emisivas. (Cover: DOI: 10.1002/chem.202003598)

Artículo de referencia:
Laura Parejo, Mahdi Chaari, Sara Santiago, Gonzalo Guirado, Francesc Teixidor, Rosario Núñez, Jordi Hernando, Reversibly switchable fluorescent molecular systems based on metallacarborane‐perylenediimide conjugates. Chemistry A European Journal, 2020
DOI: 10.1002/chem.202002419

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