Denna visualisering visar lager av grafen som används för membran. Kredit:University of Manchester
En molekylär switch är en molekyl som kan skiftas reversibelt mellan två eller flera stabila tillstånd som svar på yttre stimuli, såsom en förändring av pH, ljus eller elektrisk ström. Dessa molekyler är av intresse inom området nanoteknik för tillämpning i molekylära datorer eller responsiva läkemedelsleveranssystem. Om molekylen är fluorescerande i ett av de två tillstånden (på/av) föreningarna kallas då fluorescerande molekylära switchar, och deras tillämpningar är ännu mer intressanta inom biovetenskap, speciellt om de kan arbeta i små utrymmen. Till exempel, de kan användas för biosensing och som avbildningsprober inuti celler.
Forskare från Institutet för materialvetenskap i Barcelona (ICMAB, CSIC) och Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) har utvecklat en uppsättning extremt stabila fluorescerande molekylära switchar som kan styras elektrokemiskt genom att applicera en potential. Detta är möjligt på grund av närvaron av en mycket speciell redoxaktiv anjon - en negativt laddad molekyl, som oxiderar och minskar mycket snabbt. I detta fall, anjonen är den så kallade COSAN-anjonen (dess fullständiga namn är cobaltabisdicarbollide, och kemisk formel [3, 3'-Co(C 2 B 9 H 11 ) 2 ] - ), ett borklusterbaserat komplex med ett Co(III)-centrum, som har den ovanliga egenskapen att självmontera till vesikler och miceller.
Dessa system är de första exemplen på smarta redoxkontrollerade fluorescerande molekylära switchar erhållna från borklusterbaserade föreningar. På grund av närvaron av COSAN, de är extremt stabila, löslig i ett stort antal organiska lösningsmedel, och visar en stor reversibel fluorescensmodulation. Dessutom, dessa molekyler kan bilda geler med 1D nanostrukturer genom självmontering, som i vissa fall kan bevara det självlysande beteendet.
Detta forskningsarbete är resultatet av ett samarbete mellan Dr Rosario Núñez från Inorganic Materials and Catalysis Laboratory (LMI) från ICMAB-CSIC och Dr Jordi Hernando från Group of Electrochemistry, Photochemistry and Organic Reactivity (GEFRO) vid Institutionen för kemi vid UAB. LMI-gruppens erfarenhet av kemi vid ICMAB, elektrokemi och fotoluminescens av borkluster-baserade material, och erfarenheten från GEFRO-gruppen vid UAB i studien av luminiscerande och elektrokemiska egenskaper hos fluorescerande färgämnen såsom perylenderivat, kom samman i en mycket positiv synergi som har gjort det möjligt att koppla samman de båda forskningsområdenas särdrag för att producera dessa nya smarta molekyler med enastående elektro-optiskt beteende.
"På grund av närvaron av COSAN, egenskaperna hos dessa föreningar visar otvetydigt deras förmåga att bete sig som redoxinducerade fluorescerande strömbrytare, som kan vara till nytta för design av molekylära minnen och informationsbehandlingsanordningar, biosensing och avbildningssonder, eller elektrofluorokroma displayer, säger Rosario Núñez, forskare vid ICMAB.
"Dessutom, dessa system överträffar prestandan hos tidigare system baserade på konjugat av perylendiimider med andra metallbaserade redoxenheter såsom ferrocen; å ena sidan, de visar större reversibel fluorescensmodulering med minimal nedbrytning, medan deras löslighet i polära media är dramatiskt förbättrad, ett väsentligt krav för framtida tillämpningar i biologiska system, " förklarar Jordi Hernando, forskare vid UAB.
