Un commutateur moléculaire est une molécule qui peut être décalée de manière réversible entre deux ou plusieurs états stables en réponse à des stimuli externes, comme un changement de pH, lumière ou courant électrique. Ces molécules présentent un intérêt dans le domaine de la nanotechnologie pour une application dans les ordinateurs moléculaires ou les systèmes d'administration de médicaments réactifs. Si dans l'un des deux états (on/off) la molécule est fluorescente, les composés sont alors appelés interrupteurs moléculaires fluorescents, et leurs applications sont encore plus intéressantes dans le domaine des sciences de la vie, surtout s'ils peuvent fonctionner dans de petits espaces. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour la biodétection et comme sondes d'imagerie à l'intérieur des cellules.

Des scientifiques de l'Institut des sciences des matériaux de Barcelone (ICMAB, CSIC) et l'Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) ont développé un ensemble de commutateurs moléculaires fluorescents extrêmement stables qui peuvent être contrôlés électrochimiquement en appliquant un potentiel. Ceci est possible grâce à la présence d'un anion actif redox très particulier - une molécule chargée négativement, qui s'oxyde et se réduit très rapidement. Dans ce cas, l'anion est l'anion dit COSAN (son nom complet est cobaltabisdicarbollide, et la formule chimique [3, 3'-Co(C 2 B 9 H 11 ) 2 ] ^- ), un complexe à base d'amas de bore avec un centre Co(III), qui a la propriété inhabituelle de s'auto-assembler en vésicules et micelles.

Ces systèmes sont les premiers exemples de commutateurs moléculaires fluorescents intelligents contrôlés par redox obtenus à partir de composés à base d'agrégats de bore. En raison de la présence du COSAN, ils sont extrêmement stables, soluble dans un grand nombre de solvants organiques, et montrent une grande modulation de fluorescence réversible. En outre, ces molécules peuvent former des gels avec des nanostructures 1D par auto-assemblage, ce qui peut préserver dans certains cas le comportement luminescent.

Ce travail de recherche est le résultat d'une collaboration entre le Dr Rosario Núñez du Laboratoire des matériaux inorganiques et de la catalyse (LMI) de l'ICMAB-CSIC et le Dr Jordi Hernando du Groupe d'électrochimie, Photochimie et Réactivité Organique (GEFRO) au Département de Chimie de l'UAB. L'expérience du groupe LMI de l'ICMAB dans la chimie, électrochimie et photoluminescence des matériaux à base d'agrégats de bore, et l'expérience du groupe GEFRO à l'UAB dans l'étude des propriétés luminescentes et électrochimiques des colorants fluorescents tels que les dérivés du pérylène, se sont réunis dans une synergie très positive qui a permis de coupler les particularités des deux domaines de recherche pour produire ces nouvelles molécules intelligentes au comportement électro-optique exceptionnel.

« En raison de la présence du COSAN, les propriétés de ces composés démontrent sans ambiguïté leur capacité à se comporter comme des interrupteurs fluorescents induits par redox, qui pourraient être utiles pour la conception de mémoires moléculaires et de dispositifs de traitement de l'information, sondes de biodétection et d'imagerie, ou des écrans électrofluorochromes, " dit Rosario Núñez, chercheur à l'ICMAB.

"De plus, ces systèmes surpassent les performances des systèmes précédents à base de conjugués de pérylendimides avec d'autres unités rédox à base de métal comme le ferrocène; d'une part, ils affichent une modulation de fluorescence réversible plus importante avec une dégradation minimale, tandis que leur solubilité dans les milieux polaires est considérablement améliorée, une exigence essentielle pour les applications futures dans les systèmes biologiques, " explique Jordi Hernando, chercheur à l'UAB.