Pesquisadores no Japão desenvolveram um novo sistema molecular que alterna dinamicamente entre estruturas unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais com base na intensidade da luz. Esta descoberta, publicada na Chem em 17 de novembro de 2025, demonstra um nível de controle adaptativo sobre montagens moleculares nunca antes visto, oferecendo potencial para materiais avançados que respondem a mudanças ambientais como sistemas vivos.
O Desafio das Estruturas Moleculares Adaptativas
Criar materiais que existam fora do equilíbrio termodinâmico – o que significa que eles não se acomodam naturalmente em seu estado de energia mais baixo – é um objetivo importante na ciência dos materiais. A maioria dos sistemas requer entrada constante de energia (como calor ou luz) para manter esses estados. O que é raro é um sistema que ajuste sua estrutura com base na quantidade de energia que recebe.
Como funciona o novo sistema
A equipe, liderada pelos professores Shiki Yagai (Universidade de Chiba), Christian Ganser (Instituto Nacional de Ciências Naturais) e Masaki Kawano (Instituto de Ciência de Tóquio), projetou uma molécula que combina um componente sensível à luz (azobenzeno) com um núcleo que muda de estrutura (uma merocianina à base de ácido barbitúrico).
- Luz Ambiente: A molécula inicialmente forma nanofibras unidimensionais enroladas. Sob luz ambiente normal, estes se reorganizam espontaneamente em nanofolhas bidimensionais estáveis.
- Luz UV forte: A luz ultravioleta intensa força as nanofolhas a reverterem para nanofibras lineares. Isso acontece porque a luz desencadeia uma mudança no componente azobenzeno, rompendo as ligações de hidrogênio que mantêm as nanofolhas unidas. A microscopia de força atômica de alta velocidade (HS-AFM) mostra que essa transformação acontece seletivamente em superfícies cristalinas específicas onde o componente sensível à luz é exposto.
- Luz UV Fraca: A luz ultravioleta de baixa intensidade faz com que nanofolhas menores se quebrem, enquanto as maiores crescem verticalmente em nanocristais tridimensionais. Isso acontece por meio de um processo denominado amadurecimento de Ostwald, onde estruturas menores se dissolvem e se depositam novamente em estruturas maiores, fazendo com que cresçam. O HS-AFM capturou esse processo em tempo real, incluindo a formação de novos cristais e seu crescimento nas estruturas existentes.
Por que isso é importante
Esta pesquisa demonstra que é possível projetar sistemas moleculares que adaptam sua estrutura com base em níveis de energia externos. Ao contrário da maioria dos materiais que requerem energia constante para manter estados de não equilíbrio, este sistema responde a mudanças na entrada de energia. Isto poderia levar a materiais que ajustam dinamicamente as suas propriedades – por exemplo, alterando a sua condutividade, flexibilidade ou reatividade – em resposta à luz, temperatura ou outros fatores ambientais.
Este nível de controle sobre montagens moleculares abre possibilidades para a criação de materiais “inteligentes” que imitam a adaptabilidade dos sistemas biológicos
