Os químicos revelaram uma nova forma de tornar solúvel em água uma das famílias de corantes orgânicos coloridos mais utilizados, abrindo novas oportunidades para uma química amiga do ambiente e tecnologias avançadas baseadas na luz. Este trabalho resolve um problema antigo: embora o dipirrometenoboro (BODIPY) seja uma classe de corantes orgânicos fluorescentes conhecidos por seu alto brilho e elogiados por sua luminescência e flexibilidade, eles não se misturam bem com água. Isso limita seu uso em áreas importantes, como imagens médicas, pesquisa biológica e métodos e tecnologias de química ambiental mais seguros.
Para fazer esta descoberta, os investigadores Dr. Jorge Bañuelos 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 do Hospital Doce de Octubre. Suas descobertas foram publicadas na revista Chemical Science.
O Dr. Bañuelos e o Professor de la Moya desenvolveram um processo simples que converte o dipirrometano de boro normalmente resistente à água em uma forma hidrofílica. Eles fizeram isso trocando os átomos de flúor do corante por grupos absorventes de água. Notavelmente, esta mudança preservou as qualidades brilhantes e luminescentes do corante, algo que os métodos anteriores muitas vezes não conseguiam alcançar. “Propomos uma modificação química simples e versátil projetada para converter o dipirrometano de boro hidrofóbico convencional em uma variante altamente hidrofílica, permitindo que ele seja dissolvido com eficiência em água e, ao mesmo tempo, minimizando danos às propriedades fotofísicas intrínsecas do corante”, explica o professor de la Moya. Hidrofóbico refere-se a substâncias que resistem à água, enquanto hidrofílico refere-se a substâncias que são facilmente solúveis em água.
A equipe do Dr. Bañuelos e do Professor de la Moya demonstrou que este método é aplicável a uma variedade de estruturas de corantes BODIPY. O corante tratado não só é facilmente solúvel em água, mas também permanece brilhante e estável. No passado, esses corantes se aglomeravam na água e perdiam o brilho. Os testes confirmaram ainda que a versão melhorada prefere um ambiente de água em vez de óleo (solvente orgânico), o que representa uma mudança dramática no comportamento. Esta alteração é medida por um valor atribuído, que mostra se uma substância prefere um ambiente aquoso ou oleoso.
O que torna isso particularmente interessante são os muitos usos que torna possíveis. Os corantes prontos para água foram testados em três áreas: conversão BODIPY mais ecológica em água, lasers de corantes usando água como meio ativo e pesquisa com células vivas, onde marcadores e sondas orgânicas luminescentes são essenciais. Neste caso, laser refere-se a um feixe de luz altamente focado usado em tecnologia e medicina. Numa experiência, os cientistas demonstraram que estes corantes podem alimentar um feixe de laser de corante em água pura, algo que nunca foi conseguido antes com esta família de compostos. Como aponta o Dr. Bañuelos, “Até onde sabemos, os derivados estudados são os primeiros corantes de boro dipirrometano capazes de produzir laser eficiente e fotoestável em água pura”. A fotoestabilidade significa que o corante permanece luminoso mesmo quando exposto a condições de luz adversas por longos períodos de tempo.
Seus usos vão além da física e da química. Na biologia, sondas orgânicas brilhantes são cruciais para rastrear as atividades das células vivas. As sondas são marcadores químicos que ajudam os cientistas a observar o interior das células ao microscópio. Os pesquisadores mostraram que seu novo corante pode marcar células diretamente em água pura, sem a necessidade de aditivos potencialmente tóxicos. Eles permanecem seguros para as células e têm um desempenho robusto, tornando-os candidatos promissores para imagens médicas avançadas e ferramentas de diagnóstico.
Progressos como este mostram como a ciência pode combinar desempenho com responsabilidade. A nova abordagem une materiais poderosos com práticas ecológicas, eliminando a necessidade de solventes perigosos (líquidos químicos usados para dissolver substâncias) e garantindo a compatibilidade com sistemas vivos. O Dr. Bañuelos e o Professor de la Moya concluíram que sua estratégia “deveria expandir o uso ideal desses corantes sintonizáveis em aplicações que requerem água ou meios altamente hidrofílicos, particularmente no campo da biofotônica”. Biofotônica refere-se ao uso de ferramentas baseadas em luz em biologia e medicina.
Referência do 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. “Corantes de dipirometano de boro solúveis em água: novas abordagens para química sustentável e fotônica aplicada.” Ciências Químicas, 2025; Volume 16. DOI: https://doi.org/10.1039/d5sc01295c
Sobre o autor
Santiago de la Moya é Professor de Química Orgânica na Universidade Complutense de Madrid (UCM) e atualmente dirige o Departamento de Química Orgânica e o Grupo de Pesquisa em Corantes Orgânicos para Materiais Fotônicos. Sua experiência abrange mecanismos de reação orgânica, quiralidade molecular e síntese orgânica aplicada, com foco em corantes orgânicos de pequenas moléculas, especialmente 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 de luz polarizados circularmente econômicos, baseados em moléculas orgânicas simples. Ele propôs o conceito de CPL-SOM (moléculas orgânicas simples que alcançam luminescência circularmente polarizada) em 2015, que agora é amplamente reconhecido na área. Sua pesquisa translacional resultou em múltiplas patentes em química e materiais baseados em BODIPY.
O Dr. de la Moya recebeu seu PhD em Química Orgânica pela UCM em 1994 sob a supervisão dos professores AG Martínez, E. Teso e A. Fraile, onde trabalhou como pesquisador na FPU sobre a química estereocontrolada do produto natural derivados do norbornano. De 1994 a 1996, conduziu pesquisas de pós-doutorado em química supramolecular com o Professor F. Vögtle na Universidade de Bonn, primeiro como pesquisador financiado pela UE e depois como pesquisador. Em 1997, ele atuou como Gregorio del Amo Fellow como pesquisador visitante na Universidade da Califórnia, Berkeley, onde recebeu treinamento em química combinatória com o professor P. 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 Universitat Rural Basque Country (EHU), onde é afiliado ao grupo de pesquisa Lumimats. Suas áreas de especialização abrangem espectroscopia molecular, química computacional, eletroquímica e química de materiais, com particular interesse nas propriedades fotônicas do corante orgânico BODIPY.
Suas principais atividades de pesquisa concentram-se na compreensão das propriedades fotofísicas de corantes orgânicos multifuncionais com aplicações em energia (coletores de luz e lasers) e saúde (sensores e sondas). Ele é autor de mais de 150 publicações indexadas e revisadas por pares. Suas contribuições científicas mais notáveis envolvem, respectivamente, fluoróforos baseados em BODIPY e materiais para corar e tratar seletivamente células cancerígenas para terapia fotodinâmica guiada por bioimagem, e emissores com luminescência circularmente polarizada para iluminação de estado sólido. A fim de traduzir os resultados da pesquisa para a indústria, ele licenciou uma patente de química biofotônica baseada em BODIPY. Em reconhecimento ao impacto de sua pesquisa, o Dr. Bañuelos foi nomeado para os 2% dos pesquisadores mais citados do mundo de Stanford em 2020, 2021 e 2022, e para a Lista Sênior dos últimos cinco anos em 2023.
Dr. Bañuelos recebeu seu doutorado em 2004 e recebeu um prêmio especial de doutorado como pesquisador da EHU estudando a caracterização fotofísica do BODIPY como um meio opticamente ativo para lasers sintonizáveis. Para consolidar sua formação em química de materiais, em 2006 passou seis meses no grupo do professor G. Calzaferri na Universidade de Berna, estudando nanomateriais porosos dopados com corantes como fotossensibilizadores para células solares. Após sete anos como professor assistente, assumiu um cargo prático na EHU em 2011.
