Investigadores en Japón han desarrollado un nuevo sistema molecular que cambia dinámicamente entre estructuras unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales en función de la intensidad de la luz. Este avance, publicado en Chem el 17 de noviembre de 2025, demuestra un nivel de control adaptativo sobre conjuntos moleculares nunca antes visto, ofreciendo potencial para materiales avanzados que responden a cambios ambientales como los sistemas vivos.
El desafío de las estructuras moleculares adaptativas
Crear materiales que existan fuera del equilibrio termodinámico (lo que significa que no se asientan naturalmente en su estado de energía más bajo) es un objetivo importante en la ciencia de los materiales. La mayoría de los sistemas requieren un aporte constante de energía (como calor o luz) para mantener estos estados. Lo que es raro es un sistema que ajusta su estructura en función de la cantidad de energía que recibe.
Cómo funciona el nuevo sistema
El equipo, dirigido por los profesores Shiki Yagai (Universidad de Chiba), Christian Ganser (Institutos Nacionales de Ciencias Naturales) y Masaki Kawano (Instituto de Ciencias de Tokio), diseñó una molécula que combina un componente sensible a la luz (azobenceno) con un núcleo que cambia la estructura (una merocianina a base de ácido barbitúrico).
- Luz ambiental: La molécula inicialmente forma nanofibras unidimensionales enrolladas. Bajo la luz ambiental normal, estos se reorganizan espontáneamente en nanohojas bidimensionales estables.
- Luz ultravioleta fuerte: La luz ultravioleta intensa obliga a las nanohojas a volver a convertirse en nanofibras lineales. Esto sucede porque la luz provoca un cambio en el componente azobenceno, rompiendo los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las nanohojas. La microscopía de fuerza atómica de alta velocidad (HS-AFM) muestra que esta transformación ocurre selectivamente en superficies cristalinas específicas donde está expuesto el componente sensible a la luz.
- Luz ultravioleta débil: La luz ultravioleta de baja intensidad hace que las nanohojas más pequeñas se descompongan, mientras que las más grandes crecen verticalmente hasta convertirse en nanocristales tridimensionales. Esto sucede a través de un proceso llamado maduración de Ostwald, donde las estructuras más pequeñas se disuelven y se vuelven a depositar en las más grandes, lo que hace que crezcan. HS-AFM capturó este proceso en tiempo real, incluida la formación de nuevos cristales y su crecimiento en estructuras existentes.
Por qué esto es importante
Esta investigación demuestra que es posible diseñar sistemas moleculares que adapten su estructura en función de los niveles de energía externos. A diferencia de la mayoría de los materiales que requieren energía constante para mantener estados de no equilibrio, este sistema responde a cambios en la entrada de energía. Esto podría dar lugar a materiales que ajusten dinámicamente sus propiedades (por ejemplo, cambiando su conductividad, flexibilidad o reactividad) en respuesta a la luz, la temperatura u otros factores ambientales.
Este nivel de control sobre ensamblajes moleculares abre posibilidades para crear materiales “inteligentes” que imiten la adaptabilidad de los sistemas biológicos.
