Pesquisadores do Programa de Nanociências e Materiais Avançados da UFABC, em colaboração com outros grupos da própria universidade e da USP de São Carlos publicaram na revista científica ACS Omega um estudo que amplia a compreensão sobre o comportamento do azul de metileno, um corante amplamente utilizado e estuda para aplicações biomédicas, tecnológicas e ambientais. Além da relevância científica dos resultados, o trabalho foi selecionado para ilustrar a capa de uma edição da ACS Omega, reconhecimento reservado a estudos de destaque publicados pela revista.

O trabalho em questão descreve dois fenômenos inéditos relacionados a essa molécula: a formação de estados de separação de cargas com longa duração em solventes orgânicos e o mecanismo responsável pelo surgimento de uma forma vermelha do corante, conhecida como vermelho de metileno (methylene red – MR).

O azul de metileno é estudado há décadas em áreas que vão desde a terapia fotodinâmica contra câncer e infecções até sensores químicos, sistemas de imagem e dispositivos de conversão de energia. Grande parte dessas aplicações depende da forma como a molécula interage com a luz, transferindo energia ou elétrons para as espécies químicas vizinhas. Entretanto, os estados eletrônicos intermediários envolvidos nesses processos costumam existir por períodos extremamente curtos, o que dificulta sua observação direta e manipulação.

Neste novo estudo, os pesquisadores demonstraram que espécies radicais derivadas do azul de metileno podem permanecer estáveis por horas em determinados ambientes químicos. Essa estabilidade permitiu sua detecção por meio de técnicas espectroscópicas convencionais, o que é incomum nesse tipo de sistema.

Os experimentos mostraram que, após a substituição do contra-íon cloreto, normalmente associado ao azul de metileno em sua forma comercial, por íons hidroxila em solventes orgânicos como dimetilsulfóxido e tolueno, ocorre a formação de agregados moleculares capazes de promover separação de cargas induzida pela luz. Nessa condição, surgem as espécies oxidada e reduzida do azul de metileno que permanecem estáveis por tempos significativamente maiores do que os observados em sistemas aquosos.

Além disso, os pesquisadores elucidaram a origem da forma vermelha do corante. Os resultados indicam que essa coloração não decorre da formação de um novo produto químico, mas da organização das moléculas em agregados maiores, compostos principalmente por trímeros e tetrâmeros. Esse processo depende fortemente do meio químico e apresenta uma característica particularmente interessante: a reversibilidade. A simples adição de água é capaz de restaurar a coloração azul original por meio da desagregação.

Para compreender os mecanismos envolvidos, os experimentos espectroscópicos foram combinados com cálculos teóricos baseados na química quântica. As simulações confirmaram a estabilidade dos agregados formados e ajudaram a atribuir as bandas de absorção observadas experimentalmente às diferentes espécies moleculares presentes no sistema.

Segundo os autores, os resultados contribuem para a compreensão fundamental dos processos de transferência eletrônica e de agregação molecular em corantes fotossensíveis. O conhecimento obtido pode favorecer o desenvolvimento de novas aplicações em áreas como catálise, armazenamento de energia, sensores de umidade e água, dispositivos ópticos e tecnologias biomédicas.

O estudo foi conduzido por Victor Hladkyi Toledo, recém-doutor do Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados da UFABC, sob orientação da Prof.ª Dra. Iseli L. Nantes, em colaboração com os pesquisadores Cedric R. Leão, Paula Homem-de-Mello e Otaciro R. Nascimento. O artigo original, intitulado “Long-Lived Charge Separation and Ionosolvatochromism of Methylene Blue”, pode ser acessado em: https://doi.org/10.1021/acsomega.6c01448.