Intensitatea luminii ghidează asamblările moleculare în structuri 1D, 2D sau 3D
Un sistem de polimeri supramoleculare a fost dezvoltat pentru a forma structuri de tip 1D, 2D sau 3D, în funcție de intensitatea luminii. Studiul, condus de Universitatea Chiba din Japonia, evidențiază modul în care lumina poate influența transformările structurale ale acestor polimeri, deschizând noi perspective pentru crearea de materiale adaptabile. Aplicarea unei lumini ultraviolete puternice determină inducerea fibrilelor nanometrice 1D prin fotoinversarea azobenzenului, în timp ce o lumină UV slabă favorizează creșterea nanocristalelor 3D prin mecanismul de maturare Ostwald.
Aceste descoperiri subliniază importanța sistemelor dinamic adaptabile, capabile să reacționeze la stimuli externi, amintind de comportamentul sistemelor biologice. Construcția acestor asamblări moleculare are loc într-un cadru de echilibru termodinamic, fiind o provocare centrală în știința materialelor. Proiectul a fost rezultatul colaborării între mai mulți cercetători de renume, inclusiv profesorul Shiki Yagai și doctorul Christian Ganser, fiecare având o contribuție semnificativă în studiul acestui sistem inovator.
„Grupul nostru a urmăr imediat cercetarea unică destinat controlului morfologiilor la nano- și mesoscală ale asamblărilor moleculare prin intermediul luminii”, a declarat profesorul Yagai. „Ideea de a integra o unitate sensibilă la lumină într-o moleculă cunoscută că poate adopta structuri de asamblare variate a fost ceea ce a marcat începutul acestei studii.”
Echipa a proiectat noul sistem prin combinarea schimbărilor structurale induse de lumină la nivel molecular cu polimorfismul supramolecular, alegând azobenzenul ca unitate de comutare foto și o acid barbituric pentru a conduce polimorfismul supramolecular prin intermediul legăturilor de hidrogen.
În procesul de sinteză, molecula nou creată s-a asamblat inițial în fibrile nanometrice 1D, iar sub lumină ambiantă s-a transformat spontan în nanosheets 2D stabile din punct de vedere termodinamic. Examinările prin microscopia de forță atomică de mare viteză au relevat că, în condiții de iradiere UV puternică, nanosheets-urile 2D s-au reconvertit în fibrile 1D datorită fotoinversării azobenzenului. Acest proces a determinat reorganizarea modelului de legături de hidrogen, iar transformarea s-a realizat selectiv pe fațete nanocristaline specifice.
Pe de altă parte, iradierea cu UV slab a dus la disoluția majorității nanosheet-urilor mai mici, în timp ce unele dintre cele mai mari s-au înălțat vertical, formând nanocristale 3D. Această observație sugerează că transformarea are loc conform mecanismului de maturare Ostwald, în care nanosheets-urile mici se dizolvă, iar moleculele eliberate se redepun pe cele mai mari, favorizând creșterea acestora.
Acest sistem supramolecular aflat în afara echilibrului deschide perspective promițătoare pentru dezvoltarea de materiale funcționale avansate, capabile să își schimbe starea în funcție de stimuli externi. Conform profesorului Yagai, „Prin integrarea funcțiilor fotoactive, electroactive sau chiar catalitice direct în designul molecular, ar putea fi posibile sisteme a căror performanță funcțională se adaptează spontan la schimbările de mediu.”
Studiul a fost publicat pe 17 noiembrie 2025 în revista Chem, evidențiind progresele realizate în domeniul materialelor adaptabile, cu implicații potențiale pentru dezvoltarea tehnologiei în diverse aplicații industriale.
