Para peneliti di Jepang telah mengembangkan sistem molekuler baru yang secara dinamis berpindah antara struktur satu, dua, dan tiga dimensi berdasarkan intensitas cahaya. Terobosan ini, yang dipublikasikan di Chem pada tanggal 17 November 2025, menunjukkan tingkat kontrol adaptif terhadap kumpulan molekul yang belum pernah terlihat sebelumnya, sehingga menawarkan potensi material canggih yang merespons perubahan lingkungan seperti sistem kehidupan.
Tantangan Struktur Molekul Adaptif
Menciptakan material yang berada di luar kesetimbangan termodinamika – yang berarti material tersebut tidak secara alami berada pada kondisi energi terendahnya – adalah tujuan utama dalam ilmu material. Kebanyakan sistem memerlukan masukan energi yang konstan (seperti panas atau cahaya) untuk mempertahankan keadaan ini. Yang jarang terjadi adalah sistem yang menyesuaikan strukturnya berdasarkan berapa banyak energi yang diterimanya.
Cara Kerja Sistem Baru
Tim yang dipimpin oleh Profesor Shiki Yagai (Universitas Chiba), Christian Ganser (Institut Ilmu Pengetahuan Alam Nasional), dan Masaki Kawano (Institut Sains Tokyo), merancang sebuah molekul yang menggabungkan komponen peka cahaya (azobenzene) dengan inti pengubah struktur (merocyanine berbasis asam barbiturat).
- Cahaya Sekitar: Molekul awalnya membentuk serat nano satu dimensi yang melingkar. Di bawah cahaya ruangan normal, ini secara spontan disusun ulang menjadi lembaran nano dua dimensi yang stabil.
- Sinar UV Kuat: Sinar ultraviolet yang intens memaksa lembaran nano kembali menjadi serat nano linier. Hal ini terjadi karena cahaya memicu perubahan komponen azobenzena sehingga mengganggu ikatan hidrogen yang menyatukan lembaran nano. Mikroskop gaya atom berkecepatan tinggi (HS-AFM) menunjukkan transformasi ini terjadi secara selektif pada permukaan kristal tertentu di mana komponen peka cahaya terpapar.
- Sinar UV Lemah: Sinar ultraviolet dengan intensitas rendah menyebabkan lembaran nano yang lebih kecil terurai, sedangkan lembaran nano yang lebih besar tumbuh secara vertikal menjadi nanokristal tiga dimensi. Hal ini terjadi melalui proses yang disebut pematangan Ostwald, yaitu struktur yang lebih kecil larut dan disimpan kembali menjadi struktur yang lebih besar, sehingga menyebabkan struktur tersebut tumbuh. HS-AFM menangkap proses ini secara real-time, termasuk pembentukan kristal baru dan pertumbuhannya pada struktur yang ada.
Mengapa Ini Penting
Penelitian ini menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk merancang sistem molekuler yang menyesuaikan strukturnya berdasarkan tingkat energi eksternal. Tidak seperti kebanyakan bahan yang membutuhkan energi konstan untuk mempertahankan keadaan non-ekuilibrium, sistem ini merespons terhadap perubahan masukan energi. Hal ini dapat menyebabkan material menyesuaikan sifat-sifatnya secara dinamis – misalnya, mengubah konduktivitas, fleksibilitas, atau reaktivitasnya – sebagai respons terhadap cahaya, suhu, atau faktor lingkungan lainnya.
Tingkat kendali atas kumpulan molekul membuka kemungkinan untuk menciptakan bahan “pintar” yang meniru kemampuan beradaptasi sistem biologis.
