Máquinas y motores moleculares
La Academia Sueca distinguió al francés Jean Pierre Sauvage, al escocés James Fraser Stoddart y al holandés Bernard Feringa por diseñar moléculas cuyos movimientos pueden ser controlados de tal manera que, cuando se les proporciona energía, pueden llevar a cabo tareas específicas.
Jean Pierre Sauvage James Fraser Stoddart Bernard Feringa
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Se le atribuye a Richard Feynman, premio Nobel de Física en 1965, la idea de construir máquinas de tamaño nanométrico (un nanometro es la milmillonésima parte de un metro). En una conferencia celebrada en 1984 en Esalen, California, con el título Tiny Machines (máquinas diminutas), Feynman predijo que las máquinas moleculares se harían realidad en 25 a 30 años.
Lo que ni Feynman ni nadie en la comunidad científica imaginaban es que ya se estaban dando los primeros pasos en ese sentido. Porque un año antes, en 1983, un grupo de investigadores franceses liderado por Jean Pierre Sauvage había logrado desarrollar un método que le permitió unir dos moléculas circulares conformando una cadena de dos eslabones. Utilizando la misma técnica, comenzaron a adicionar “anillos” para generar diferentes figuras moleculares que conformaban cadenas más largas o nudos más o menos complicados.
Pero, recién en 1994, el grupo francés descubrió que, mediante el aporte de energía, podía hacer rotar un anillo alrededor del otro. También comprobaron que podían controlar ese proceso. Habían creado el primer dispositivo molecular sintético capaz de realizar una tarea de manera controlada. Es decir, una máquina molecular.
Ese mismo año, otro grupo, liderado por el escocés James Fraser Stoddart, consiguió que una molécula circular se mueva a lo largo de otra molécula lineal. Es decir, mediante el aporte de calor, podían hacer “ir y venir” un “anillo” a lo largo de un “eje”.
A partir de ese logro, el equipo de Stoddart pudo diseñar y hacer funcionar distintas máquinas moleculares. Entre ellas, un “ascensor” que puede ascender una distancia de 0,7 nanometros. También, crearon “músculos” artificiales capaces de doblar una lámina de oro delgadísima.
El desafío que se presentó a partir de entonces fue conseguir que una molécula girara de manera continua y siempre en la misma dirección. De esta manera, ya no estaríamos hablando de una máquina, sino de un motor.
El holandés Bernard Feringa lo consiguió en 1999 mediante un ingenioso dispositivo que consta de moléculas planas que hacen de “aspas” que giran alrededor de un “rotor” y que, en conjunto, trabajan como “trinquetes” (mecanismo que permite a un engranaje girar hacia un lado, pero le impide hacerlo en sentido contrario). Para hacer funcionar el motor se le da energía mediante pulsos de luz ultravioleta. Cada pulso produce una rotación de 180 grados.
A partir de este modelo, en 2011 el grupo de Feringa construyó un “nanoautomóvil”. Y recientemente, en 2014, perfeccionaron el motor molecular al punto de que puede alcanzar una velocidad de doce millones de revoluciones por segundo.
Actualmente, los sucesivos avances conseguidos por los tres premiados por la Academia Sueca son aprovechados por grupos de investigación de todo el mundo para nuevos desarrollos en este campo. Por ejemplo, en 2013, se creó un robot molecular que es capaz de atrapar aminoácidos y conectarlos entre sí para “armar” proteínas.
“Lo que se ha premiado es realmente química. Es nanoquímica fundamental. Estamos hablando de síntesis de moléculas que son dispositivos en sí mismas”, elogia Ernesto Calvo, profesor de Exactas UBA, investigador del CONICET y director del Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE). “Esto requiere de una estrategia de síntesis de moléculas muy original y de un esfuerzo enorme para caracterizarlas y hacerlas realidad”, subraya.
– ¿Qué se puede esperar de este conjunto de desarrollos pensando en futuras aplicaciones?
– Esto es muy básico. Lo que se ha premiado es la prueba de concepto. Es decir, que se pueden fabricar estas moléculas y que son dispositivos en sí mismas. Muy lejanamente podría pensarse en que esto podría aplicarse para el desarrollo de sensores, o de nuevos dispositivos electromecánicos, o para almacenar energía.
Poco más de tres décadas después de la predicción de Feynman hoy se puede afirmar que ya es posible fabricar máquinas de un tamaño mil veces menor que el espesor de un cabello.
Tras elogiar enfáticamente el trabajo de los premiados, Calvo hace una confesión: “Lamento que no le hayan dado el premio a John Goodenough por la invención de la batería de Litio-ión, que es la que hoy permite toda la electrónica móvil. Porque Goodenough ya tiene 95 años y no le quedan muchas posibilidades. Pero este es realmente un Nobel muy merecido”.
