Japonští vědci vyvinuli nový molekulární systém, který dynamicky přepíná mezi jednorozměrnými, dvourozměrnými a trojrozměrnými strukturami v závislosti na intenzitě světla. Tento průlom, publikovaný v časopise Chem dne 17. listopadu 2025, demonstruje bezprecedentní úroveň adaptivní kontroly nad molekulárními sestavami a otevírá potenciál pro vytváření pokročilých materiálů, které reagují na změny prostředí, jako jsou živé systémy.
Výzva adaptivních molekulárních struktur
Vytváření materiálů, které existují mimo termodynamickou rovnováhu – tedy takové, které spontánně nepřecházejí do stavu minimální energie – je jedním z hlavních cílů materiálové vědy. Většina systémů vyžaduje k udržení těchto stavů neustálý přísun energie (jako je teplo nebo světlo). Vzácný je systém, který mění svou strukturu v závislosti na množství energie, kterou přijímá.
Jak nový systém funguje
Tým vedený profesory Shiki Yagayou (Univerzita Chiba), Christianem Ganserem (National Institutes of Natural Sciences) a Masaki Kawano (Tokyo Institute of Science) vyvinul molekulu, která kombinuje složku citlivou na světlo (azobenzen) s jádrem měnícím strukturu (merocyanin na bázi kyseliny barbiturové).
- Okolní světlo: Molekula zpočátku tvoří zkroucená jednorozměrná nanovlákna. Za normálního osvětlení místnosti se tato vlákna spontánně přeskupují do stabilních 2D nanovrstvy.
- Silné UV světlo: Intenzivní UV světlo způsobí, že se nanovrstvy přemění na lineární nanovlákna. K tomu dochází, protože světlo způsobuje změnu v azobenzenové složce, čímž dochází k porušení vodíkových vazeb, které drží nanovrstvy pohromadě. Vysokorychlostní mikroskopie atomárních sil (HS-AFM) ukázala, že k této transformaci dochází selektivně na specifických krystalických površích, kde je vystavena světlocitlivá složka.
- Slabé UV světlo: Nízké UV světlo způsobuje rozpad menších nanovrstvy, zatímco ty větší rostou vertikálně do 3D nanokrystalů. K tomu dochází prostřednictvím procesu zvaného Ostwaldova rekrystalizace, při kterém se menší struktury rozpouštějí a znovu ukládají na větší, což způsobuje jejich růst. HS-AFM zachytil tento proces v reálném čase, včetně tvorby nových krystalů a jejich růstu na stávajících strukturách.
Proč je to důležité
Tento výzkum ukazuje, že je možné vytvořit molekulární systémy, které přizpůsobí svou strukturu v závislosti na vnějších energetických hladinách. Na rozdíl od většiny materiálů, které vyžadují neustálý přísun energie k udržení nerovnovážných stavů, tento systém reaguje na změny v přísunu energie. To by mohlo vést k vytvoření materiálů, které dynamicky mění své vlastnosti – jako je vodivost, pružnost nebo reaktivita – v reakci na světlo, teplotu nebo jiné faktory prostředí.
Tato úroveň kontroly nad molekulárními sestavami otevírá možnost vytvářet chytré materiály, které napodobují přizpůsobivost biologických systémů.
