Исследователи в Японии разработали новую молекулярную систему, которая динамически переключается между одномерными, двухмерными и трехмерными структурами в зависимости от интенсивности света. Этот прорыв, опубликованный в журнале Chem 17 ноября 2025 года, демонстрирует беспрецедентный уровень адаптивного контроля над молекулярными сборками, открывая потенциал для создания передовых материалов, реагирующих на изменения окружающей среды, подобно живым системам.
Задача Адаптивных Молекулярных Структур
Создание материалов, которые существуют вне термодинамического равновесия – то есть не спонтанно переходят в состояние с минимальной энергией – является одной из главных целей материаловедения. Большинство систем требуют постоянной подачи энергии (например, тепла или света) для поддержания этих состояний. Редкость представляет собой система, которая изменяет свою структуру в зависимости от количества получаемой энергии.
Как Работает Новая Система
Команда под руководством профессоров Шики Ягая (Университет Чиба), Кристиана Ганзера (Национальные институты естественных наук) и Масаки Кавано (Институт науки Токио) разработала молекулу, объединяющую светочувствительный компонент (азобензол) с ядром, изменяющим структуру (мерoцианин на основе барбитуровой кислоты).
- Окружающий Свет: Молекула изначально формирует скрученные одномерные нановолокна. При нормальном комнатном освещении эти волокна спонтанно перестраиваются в стабильные двухмерные нанолисты.
- Сильный УФ-Свет: Интенсивное ультрафиолетовое излучение заставляет нанолисты возвращаться в линейные нановолокна. Это происходит потому, что свет вызывает изменение в компоненте азобензола, нарушая водородные связи, удерживающие нанолисты вместе. Высокоскоростная атомно-силовая микроскопия (HS-AFM) показала, что эта трансформация происходит избирательно на определенных кристаллических поверхностях, где светочувствительный компонент подвергается воздействию.
- Слабый УФ-Свет: Слабое ультрафиолетовое излучение приводит к разрушению меньших нанолистов, в то время как более крупные растут вертикально в трехмерные нанокристаллы. Это происходит посредством процесса, называемого перекристаллизацией Оствальда, при котором меньшие структуры растворяются и переоткладываются на более крупные, вызывая их рост. HS-AFM зафиксировал этот процесс в реальном времени, включая образование новых кристаллов и их рост на существующих структурах.
Почему Это Важно
Это исследование демонстрирует, что можно создавать молекулярные системы, которые адаптируют свою структуру в зависимости от внешних уровней энергии. В отличие от большинства материалов, которым требуется постоянная подача энергии для поддержания неравновесных состояний, эта система реагирует на изменения во входной энергии. Это может привести к созданию материалов, которые динамически изменяют свои свойства – например, проводимость, гибкость или реакционную способность – в ответ на свет, температуру или другие факторы окружающей среды.
Этот уровень контроля над молекулярными сборками открывает возможности для создания «умных» материалов, имитирующих адаптивность биологических систем.
