Alcuni ricercatori giapponesi hanno sviluppato un nuovo sistema molecolare che si sposta dinamicamente tra strutture mono, bi e tridimensionali in base all’intensità della luce. Questa svolta, pubblicata su Chem il 17 novembre 2025, dimostra un livello di controllo adattivo sugli assemblaggi molecolari mai visto prima, offrendo il potenziale per materiali avanzati che rispondono ai cambiamenti ambientali come i sistemi viventi.
La sfida delle strutture molecolari adattive
Creare materiali che esistano al di fuori dell’equilibrio termodinamico – nel senso che non si stabiliscono naturalmente nel loro stato energetico più basso – è uno degli obiettivi principali nella scienza dei materiali. La maggior parte dei sistemi richiede un apporto energetico costante (come calore o luce) per mantenere questi stati. Ciò che è raro è un sistema che adatta la sua struttura in base alla quantità di energia che riceve.
Come funziona il nuovo sistema
Il team, guidato dai professori Shiki Yagai (Università di Chiba), Christian Ganser (National Institutes of Natural Sciences) e Masaki Kawano (Institute of Science Tokyo), ha progettato una molecola che combina un componente sensibile alla luce (azobenzene) con un nucleo che cambia struttura (una merocianina a base di acido barbiturico).
- Luce ambientale: La molecola inizialmente forma nanofibre unidimensionali a spirale. Sotto la normale luce ambientale, questi si riorganizzano spontaneamente in nanofogli bidimensionali stabili.
- Forte luce UV: L’intensa luce ultravioletta costringe i nanofogli a ritornare in nanofibre lineari. Ciò accade perché la luce innesca un cambiamento nel componente azobenzene, interrompendo i legami idrogeno che tengono insieme i nanofogli. La microscopia a forza atomica ad alta velocità (HS-AFM) mostra che questa trasformazione avviene selettivamente su specifiche superfici cristalline dove è esposto il componente sensibile alla luce.
- Luce UV debole: La luce ultravioletta a bassa intensità provoca la rottura dei nanofogli più piccoli, mentre quelli più grandi crescono verticalmente in nanocristalli tridimensionali. Ciò avviene attraverso un processo chiamato maturazione Ostwald, in cui le strutture più piccole si dissolvono e si ridepositano su quelle più grandi, facendole crescere. HS-AFM ha catturato questo processo in tempo reale, inclusa la formazione di nuovi cristalli e la loro crescita su strutture esistenti.
Perché è importante
Questa ricerca dimostra che è possibile progettare sistemi molecolari che adattano la loro struttura in base ai livelli di energia esterna. A differenza della maggior parte dei materiali che richiedono energia costante per mantenere stati di non equilibrio, questo sistema risponde ai cambiamenti nell’energia immessa. Ciò potrebbe portare a materiali che regolano dinamicamente le loro proprietà – ad esempio, modificando la loro conduttività, flessibilità o reattività – in risposta alla luce, alla temperatura o ad altri fattori ambientali.
Questo livello di controllo sugli assemblaggi molecolari apre la possibilità di creare materiali “intelligenti” che imitano l’adattabilità dei sistemi biologici
