Químicos revelaram uma nova maneira de dissolver em água uma das famílias de corantes orgânicos coloridos mais amplamente utilizadas, abrindo novas oportunidades em química ecológica e tecnologias avançadas baseadas em luz. Este trabalho aborda um problema antigo: os dipirometanos de boro (BODIPYs), uma classe de corantes orgânicos fluorescentes conhecidos por seu brilho intenso, são valorizados por seu brilho e flexibilidade, mas não se misturam bem com água. Isto limitou a sua utilização em áreas críticas, como imagiologia médica, investigação biológica e métodos e tecnologias químicos ambientalmente seguros.
Para esta descoberta, os investigadores Dr. Jorge Banuelos e o Professor Santiago de la Moya lideraram uma equipa multidisciplinar da Universidade Complutense de Madrid, da Universidade do País Basco, do Conselho Superior de Investigação Científica e do Instituto de Investigação Biomédica Hospital dos de Octobre. Seus resultados foram publicados na revista Chemical Science.
O Dr. Banuelos e o Professor de la Moya desenvolveram um processo simples que converte dipirometanos de boro repelentes à água convencionais em formas amigáveis à água. Eles fizeram isso substituindo os átomos de flúor do corante por grupos que atraem água. Significativamente, esta modificação preserva as qualidades brilhantes e luminosas dos corantes, que os métodos anteriores muitas vezes não conseguiam alcançar. O professor de la Moya explicou: “Apresentamos uma modificação química geral direta que visa converter dipirometanos de boro hidrofóbicos típicos em variantes mais hidrofílicas, permitindo assim sua solubilidade eficiente em água com perturbação mínima à fotofísica intrínseca do corante”. Hidrofóbico refere-se à resistência à água, enquanto hidrofílico refere-se a materiais que são facilmente solúveis em água.
O grupo do Dr. Banúlos e do Prof. de la Moya demonstrou que este método funciona para uma variedade de sistemas de corantes BODIPY. Os corantes refinados não apenas se dissolvem facilmente na água, mas também são brilhantes e estáveis. No passado, esses corantes se misturavam na água e perdiam o brilho. Os testes confirmaram ainda que as versões melhoradas preferiam água a ambientes semelhantes a óleo (solventes orgânicos), uma mudança dramática no comportamento. Esta mudança é medida por valores de partição, que mostram se uma substância favorece a água ou um ambiente oleoso.
O que torna isto particularmente interessante é o número de aplicações que se tornam possíveis. Os corantes prontos para água foram testados em três áreas: conversões BODIPY verdes realizadas em água, lasers de corantes usando água como meio ativo e estudos de células vivas onde marcadores e sondas orgânicas fluorescentes são essenciais. Lasers, neste contexto, referem-se a feixes de luz altamente focados usados em tecnologia e medicina. Numa experiência, os cientistas demonstraram que estes corantes podem absorver feixes de corantes laser em água pura, um feito nunca antes alcançado com esta família de compostos. Como observou Banuelos, “os derivados estudados são, até onde sabemos, os primeiros corantes de dipirrometano de boro a permitir alta eficiência e emissão de laser fotocatalítico em água pura”. Fotoestável significa que os corantes permanecem brilhantes mesmo quando expostos a condições de luz adversas por longos períodos de tempo.
A utilidade vai além da física e da química. Na biologia, sondas orgânicas brilhantes são essenciais para monitorar a atividade das células. As sondas são marcadores químicos que permitem aos cientistas observar as células ao microscópio. Os pesquisadores mostraram que seus novos corantes podem marcar células diretamente em água pura, sem aditivos tóxicos. Eles eram seguros para células e candidatos promissores e robustamente funcionais para o desenvolvimento de imagens médicas e ferramentas de diagnóstico.
Progressos como este demonstram como a ciência pode combinar eficiência com responsabilidade. Ao eliminar a necessidade de solventes nocivos, fluidos químicos utilizados para dissolver materiais e garantir a compatibilidade com sistemas vivos, a nova abordagem combina materiais energéticos com práticas ambientalmente conscientes. O Dr. Banuelos e o Prof. de la Moya concluíram que sua estratégia “deveria expandir o uso ideal desses corantes sintonizáveis em aplicações que requerem água ou meios altamente hidrofílicos, especialmente no campo da fotônica biológica”. Fotônica biológica refere-se ao uso de instrumentos baseados em luz para biologia e medicina.
Nota de diário
Schad C., Ray C., Díaz-Norambuena C., Serrano-Buitrago S., Moreno F., Maroto BL, García-Moreno I., Muñoz-Ubeda M., López-Montero I., Bañuelos J., de la Moya S. “Uma nova abordagem para dissolução de água: química estática e fotônica aplicada.” Ciências Químicas, 2025; Volume 16. DOI: https://doi.org/10.1039/d5sc01295c
Sobre os professores
Santiago de la Moya é professor de Química Orgânica na Universidade Complutense de Madrid (UCM), onde atualmente dirige o Departamento de Química Orgânica e o Grupo de Pesquisa de Corantes Orgânicos para Materiais Fotônicos. Sua experiência inclui mecanismos de reação orgânica, quiralidade molecular e síntese orgânica aplicada, com forte foco em corantes orgânicos de pequenas moléculas, particularmente derivados BODIPY.
Os seus interesses científicos atuais centram-se na concepção e desenvolvimento de corantes orgânicos multifuncionais e materiais à base de corantes para aplicações avançadas e emergentes em energia e saúde. Ele é autor de mais de 130 artigos científicos revisados por pares e fez contribuições significativas para a química e materiais fotônicos do BODIPY, particularmente no desenvolvimento de emissores econômicos de luz circularmente polarizada baseados em moléculas orgânicas simples. Ele introduziu o conceito de CPL-SOMs (moléculas orgânicas simples que permitem a luminescência circularmente polarizada) em 2015, que agora é amplamente reconhecido na área. Sua pesquisa translacional resultou em diversas patentes sobre produtos químicos e materiais baseados em BODIPY.
de la Moya recebeu seu PhD em Química Orgânica pela UCM em 1994, sob a supervisão dos professores AG Martinez, E. Deso e A. Sob a supervisão de Friel, trabalhou como bolsista da FPU na química estereocontrolada de derivados de norborneno de produtos naturais. De 1994 a 1996, foi professor na Universidade de Bonn. F. Com Vochtl, realizou pesquisas de pós-graduação em química supramolecular, primeiro como beneficiário financiado pela UE e mais tarde como pesquisador associado. Em 1997, foi Gregorio Del Amo Fellow Visiting Scholar na Universidade da Califórnia, Berkeley, sob a direção do Professor B. Treinou em química com Bartlett. Ingressou na UCM como professor assistente em 1996, tornou-se professor associado em 2002 e professor titular em 2017.
Jorge Banuelos é professor sênior de físico-química na Universidade do País Basco (EHU), onde pertence ao grupo de pesquisa LumiMates. Sua área de atuação inclui espectroscopia molecular, química computacional, eletroquímica e química de materiais, com particular interesse nas propriedades ópticas de corantes orgânicos denominados BODIPY.
Sua principal pesquisa concentra-se na compreensão das propriedades fotofísicas de corantes orgânicos multifuncionais para aplicações em energia (coletores de luz e lasers) e saúde (sensores e sondas). Ele é autor de mais de 150 publicações revisadas por pares e indexadas. Suas contribuições científicas mais notáveis estão relacionadas a fluoróforos baseados em BODIPY e emissores luminescentes polarizados circularmente para terapia fotodinâmica guiada por bioimagem para coloração seletiva e terapêutica de células cancerígenas e iluminação de estado sólido, respectivamente. Ele licenciou uma patente biofotônica para a química baseada em BODIPY para transferir resultados de pesquisas para a indústria. Em reconhecimento ao impacto de sua pesquisa, o Dr.
Dr. Bañuelos recebeu seu doutorado em 2004 com um prêmio extraordinário de doutorado, trabalhando como colega da EHU na caracterização fotofísica de BODIPYs como meios optoeletrônicos de lasers sintonizáveis. Para fortalecer sua formação em química de materiais, tornou-se professor na Universidade de Berna em 2006. G. Ele passou seis meses com a equipe de Calzaferri, aprendendo sobre nanomateriais porosos dopados com corantes como fotorreceptores para células solares. Após um período de sete anos como professor assistente, ele assumiu seu mandato na EHU em 2011.
