Un interruttore molecolare è una molecola che può essere reversibilmente spostata tra due o più stati stabili in risposta a stimoli esterni, come una variazione del pH, luce o corrente elettrica. Queste molecole sono di interesse nel campo delle nanotecnologie per l'applicazione in computer molecolari o sistemi di somministrazione di farmaci responsivi. Se in uno dei due stati (on/off) la molecola è fluorescente, i composti sono quindi chiamati interruttori molecolari fluorescenti, e le loro applicazioni sono ancora più interessanti nel campo delle scienze della vita, soprattutto se possono operare in piccoli spazi. Per esempio, possono essere utilizzati per il biosensore e come sonde di imaging all'interno delle cellule.

Scienziati dell'Istituto di Scienza dei Materiali di Barcellona (ICMAB, CSIC) e l'Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) hanno sviluppato una serie di interruttori molecolari fluorescenti estremamente stabili che possono essere controllati elettrochimicamente applicando un potenziale. Ciò è possibile grazie alla presenza di un anione redox attivo molto particolare, una molecola carica negativamente, che si ossida e si riduce molto velocemente. In questo caso, l'anione è il cosiddetto anione COSAN (il suo nome completo è cobaltabisdicarbollide, e formula chimica [3, 3'-Co(C ₂ B ₉ h ₁₁ ) ₂ ] ^- ), un complesso a base di cluster di boro con un centro Co(III), che ha l'insolita proprietà di autoassemblarsi in vescicole e micelle.

Questi sistemi sono i primi esempi di interruttori molecolari fluorescenti controllati da redox intelligenti ottenuti da composti a base di cluster di boro. Per la presenza del COSAN, sono estremamente stabili, solubile in un gran numero di solventi organici, e mostrano una grande modulazione di fluorescenza reversibile. Inoltre, queste molecole possono formare gel con nanostrutture 1D per autoassemblaggio, che può preservare in alcuni casi il comportamento luminescente.

Questo lavoro di ricerca è il risultato di una collaborazione tra il Dr. Rosario Núñez del Laboratorio di Materiali Inorganici e Catalisi (LMI) di ICMAB-CSIC e il Dr. Jordi Hernando del Gruppo di Elettrochimica, Fotochimica e Reattività Organica (GEFRO) presso il Dipartimento di Chimica dell'UAB. L'esperienza del gruppo LMI all'ICMAB nella chimica, elettrochimica e fotoluminescenza di materiali a base di cluster di boro, e l'esperienza del gruppo GEFRO presso l'UAB nello studio delle proprietà luminescenti ed elettrochimiche di coloranti fluorescenti come i derivati ​​del perilene, si sono uniti in una sinergia molto positiva che ha permesso di unire le particolarità di entrambe le aree di ricerca per produrre queste nuove molecole intelligenti con un comportamento elettro-ottico eccezionale.

"Grazie alla presenza del COSAN, le proprietà di questi composti dimostrano inequivocabilmente la loro capacità di comportarsi come interruttori fluorescenti indotti da ossidoriduzione, che potrebbe essere utile per la progettazione di memorie molecolari e dispositivi di elaborazione delle informazioni, sonde di biorilevamento e imaging, o display elettrofluorocromici, "dice Rosario Núñez, ricercatore presso ICMAB.

"Inoltre, questi sistemi superano le prestazioni dei precedenti sistemi basati su coniugati di perilendiimmidi con altre unità redox a base di metalli come il ferrocene; da una parte, mostrano una modulazione di fluorescenza reversibile più ampia con una degradazione minima, mentre la loro solubilità nei mezzi polari è notevolmente migliorata, un requisito essenziale per future applicazioni nei sistemi biologici, " spiega Jordi Hernando, ricercatore presso UAB.