Automontagem ou auto-organização na ciência molecular se refere aos fenômenos em que moléculas se reúnem espontaneamente e formam estruturas ordenadas, uma propriedade exclusiva dos materiais usados para desenvolver materiais ópticos e eletrônicos.

Em um passo para refinar essa propriedade, pesquisadores do Japão elucidaram com sucesso uma técnica em que uma pequena quantidade de agregados residuais alterou drasticamente o processo de automontagem de moléculas fotorreceptoras.

A equipe de pesquisa foi liderada pelo Professor Shiki Yagai da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Chiba, incluindo o Professor Assistente Takuho Saito da Universidade de Nagoya (na época da pesquisa), o Sr. Daisuke Inuoe e o Professor Assistente Yuichi Kitamoto da Universidade de Tohoku, como principais colaboradores deste trabalho.

Os resultados do estudo foram publicados on-line na Nature Nanotechnology .

Nos últimos anos, tem havido um foco crescente em pesquisas sobre o controle do tamanho e das estruturas hierárquicas de agregados automontados, o que pode ajudar a obter agregados com as propriedades desejadas. No entanto, a automontagem é um processo dinâmico e requer controle preciso .

"Durante o processo de automontagem, as moléculas continuam a se associar e dissociar repetidamente", explica o Prof. Yagai. "Mesmo pequenas impurezas ou pequenas mudanças nas condições podem impactar a estrutura final dos agregados formados."

Para o estudo, a equipe de pesquisa se concentrou na automontagem de um azobenzeno quiral e fotorresponsivo que naturalmente forma agregados helicoidais descaídos. A equipe descobriu que a presença de uma pequena quantidade de agregados residuais na solução induz uma mudança drástica no processo de montagem, levando à formação de agregados helicoidais descaídos.

Além disso, por ser fotorresponsivo, o controle da exposição à luz também modifica o tempo de montagem molecular. Utilizando o controle preciso dessas duas propriedades em conjunto, os pesquisadores manipularam com sucesso a formação de agregados helicoidais destros ou canhotos, conforme necessário.

Em estudos de modelagem molecular e espectroscópica, a equipe descobriu que quando a molécula de azobenzeno em forma de tesoura é dissolvida em um solvente orgânico à temperatura ambiente , ela forma uma estrutura dobrada em forma de tesoura fechada que se estende ainda mais em uma montagem helicoidal.

O Prof. Yagai explica a formação da montagem canhota, dizendo: "A molécula contém um átomo de carbono com quatro grupos atômicos diferentes e, portanto, exibe quiralidade. Essas moléculas se dobram como tesouras canhotas e se torcem para formar um empilhamento helicoidal canhoto da montagem."

Como essas são moléculas fotorresponsivas, quando as estruturas helicoidais empilhadas são expostas à luz ultravioleta (UV) fraca, o conjunto helicoidal se desmonta novamente em moléculas individuais e, após a exposição subsequente à luz visível, as moléculas se remontam novamente em estruturas helicoidais.

Curiosamente, sob certas condições, descobriu-se que os agregados helicoidais resultantes eram destros em vez de canhotos, e a exposição à luz UV mais forte seguida de luz visível levou à regeneração dos agregados helicoidais canhotos originais.

Ao investigar esse mecanismo de perto, a equipe descobriu que, quando as soluções eram expostas à luz UV fraca, havia uma quantidade mínima de agregados helicoidais residuais canhotos que permaneciam inalterados, e esses agregados agiam como locais de nucleação, formando conjuntos helicoidais de direção oposta.

"Esse fenômeno notável é chamado de 'nucleação secundária', o que explica por que agregados destros metaestáveis são formados preferencialmente em vez de agregados canhotos", diz o Prof. Yagai.

Além disso, a equipe também descobriu o papel da intensidade da luz no processo de montagem molecular.

O Prof. Yagai explica: "Identificamos que a intensidade da luz visível afetava potencialmente o tempo de montagem. Uma luz visível forte promoveu uma montagem rápida, minimizando a influência dos agregados residuais. Em contraste, uma intensidade mais fraca amplifica o efeito dos agregados residuais."

Portanto, ao otimizar as intensidades da luz UV e visível , os pesquisadores controlaram com sucesso a alternância entre estruturas helicoidais esquerdas e direitas, que dependiam da influência dos agregados residuais.

Além disso, também foi descoberto que os agregados estáveis à esquerda e os agregados metaestáveis à direita também exibem polarização oposta do spin eletrônico, o que significa o ajuste das características eletrônicas das hélices.

No geral, este estudo teve como objetivo explorar o papel crítico dos agregados residuais e explicou como o ajuste fino proporcionado pela luz pode resultar na fabricação de novos materiais funcionais, fornecendo insights promissores no campo da ciência dos materiais.