Investigadores de la USC han demostrado que los ciclos de luz y oscuridad influyen en la evolución de nanomateriales sensibles a la luz, facilitando la formación de estructuras moleculares más estables y complejas.
Un equipo de investigadores del Centro Singular de Investigación en Química Biológica y Materiales Moleculares de la Universidad de Santiago de Compostela (CiQUS) ha revelado cómo los ciclos de luz y oscuridad influyen en la evolución estructural de nanomateriales sensibles a la luz. Este hallazgo se basa en el estudio de procesos moleculares que, al igual que muchos fenómenos biológicos, dependen de estas alternancias para optimizar su funcionamiento.
Los investigadores han demostrado que mientras la luz proporciona energía a las moléculas fotosensibles, los períodos de oscuridad son cruciales para que esta energía acumulada se transforme en procesos útiles. Por ejemplo, en la visión humana, la oscuridad permite la reorganización molecular necesaria tras la absorción de luz. Este fenómeno ha sido estudiado mediante un sistema molecular basado en péptidos fotosensibles que cambian su estado químico al ser expuestos a diferentes condiciones lumínicas.
El primer autor del estudio, Alejandro Méndez-Ardoy, junto con otros colaboradores del CiQUS y del Stratingh Institute for Chemistry de la Universidad de Groninga, ha explorado cómo estos péptidos pueden ensamblarse y reorganizarse gracias a los ciclos energéticos. Los resultados indican que la oscuridad no es solo una falta de estímulo; actúa como una fase activa que acelera la evolución hacia configuraciones más favorables en las estructuras moleculares.
Javier Montenegro destaca que este trabajo demuestra que los períodos sin luz permiten explorar nuevas rutas evolutivas más rápidas comparadas con condiciones de iluminación constante. Aunque es la luz quien impulsa la formación de estructuras complejas, es durante las fases oscuras cuando el sistema puede reorganizarse y alcanzar arquitecturas más estables.
Para investigar este fenómeno, el equipo diseñó un sistema molecular donde los péptidos responden a la luz cambiando entre dos formas: una soluble en agua durante la oscuridad y otra hidrofóbica bajo iluminación. Este cambio provoca interacciones moleculares que desencadenan procesos de autoensamblaje supramolecular. Cuando se expone a luz visible, las moléculas forman espontáneamente cintas helicoidales nanométricas; sin embargo, al interrumpir la iluminación, estas estructuras comienzan a relajarse y desensamblarse parcialmente.
El hallazgo clave es que si se proporciona luz en ciclos antes de que el sistema se desmonte completamente, las estructuras parcialmente relajadas pueden servir como intermediarios para evolucionar hacia nanotubos supramoleculares más uniformes y estables. Esto sugiere paralelismos con procesos biológicos complejos y resalta cómo los ciclos energéticos podrían haber influido en la organización estructural inicial de sistemas fotosensibles primitivos en nuestro planeta.
Además, este estudio abre nuevas posibilidades para desarrollar materiales dinámicos capaces de adaptarse a estímulos externos. Comprender cómo las oscilaciones energéticas controlan estos sistemas podría facilitar el diseño de nanodispositivos o sistemas biomiméticos con propiedades regulables mediante ciclos energéticos.
"Este trabajo ofrece una nueva perspectiva sobre cómo las discontinuidades energéticas afectan a cualquier sistema molecular", concluye Montenegro. "No solo importa si hay luz o energía; también es relevante cuándo desaparece". El CiQUS cuenta con apoyo financiero del Programa Galicia FEDER 2021-2027 y tiene reconocimiento CIGUS por parte de la Xunta de Galicia por su calidad e impacto investigativo.
Los ciclos de luz y oscuridad permiten que las moléculas fotosensibles acumulen energía durante la iluminación y se reorganizen durante los períodos de oscuridad, facilitando una evolución estructural más eficiente hacia configuraciones estables.
El estudio demostró que los péptidos fotosensibles pueden ensamblarse y reorganizarse en respuesta a la energía lumínica, y que la alternancia entre luz y oscuridad acelera la formación de estructuras moleculares más complejas y estables.
Estos resultados abren posibilidades para crear materiales dinámicos que puedan adaptarse a estímulos externos, contribuyendo al diseño de nanodispositivos y sistemas biomiméticos con propiedades regulables mediante ciclos energéticos.