Diseñan una nueva manera de construir las máquinas más pequeñas imaginables

La miniaturización ha sido uno de los obsesivos de nuestra época. Todo tenía que ser más pequeño, más portable, menos armatoste. Así hemos llegado a todos esos productos “mini” o “nano”, pero todo tiene un límite ¿verdad? Al menos eso es lo que nos dice la intuición, pero... ¿Cuál es ese límite? ¿La máquina más pequeña se ve limitada por el tornillo más diminuto que podamos crear? ¿O es que el límite se encuentra en el tamaño de sus circuitos para que los electrones o se comporte cuánticamente saltando de un lado a otro sin orden ni concierto? La respuesta es mucho más interesante y sugerente, pero para caer en ella hemos de cambiar nuestra perspectiva y comenzar a pensar en las “máquinas” de una manera diferente.

La máquina más pequeña que (por ahora) vemos posible hacer, está limitada por el tamaño de una molécula. Y, cierto es que hay moléculas de tamaños muy diferentes, las hay realmente pequeñas, de un par de átomos, y otras, como PG5 que, con decenas y decenas de átomos. No obstante, esa es la idea: los átomos serían las piezas básicas y, mientras podamos ensamblar algunos para que cumplan una función, eso será una máquina, concretamente una máquina molecular. En ellas no hay cables, tornillos ni baterías, su articulación se deberá al tipo de enlaces que establezca entre sus átomos, por ejemplo. Ese es el colmo de la miniaturización y sus aplicaciones puede ir desde la limpieza de ríos hasta la medicina de precisión. Pues bien, un nuevo estudio realizado conjuntamente por IBM y la Universidad de Santiago de Compostela ha logrado crear y romper, a su antojo, los enlaces de los átomos de una molécula y esto podría suponer un cambio revolucionario en la manera en que construimos estas máquinas moleculares.

Portada de Science

La investigación ha sido portada del último número de la revista Science y, aunque hay más revistas de igual o superior prestigio en este ámbito, Science no deja de tener una grandísima relevancia y una gran capacidad de marcar las modas editoriales y, por lo tanto, las de las investigaciones. Junto con unas imágenes de moléculas con forma de anillos, la portada muestra el siguiente texto: “estructuras intercambiables”. El motivo es que, el cambio que se produce en estas máquinas moleculares al someterlas a una corriente es el de “intercambios” en sus piezas básicas, no aparece nada nuevo ni desaparecen partes, solo se reorganiza. Técnicamente, estos compuestos formados por los mismos elementos, pero en diferente orden se llaman isómeros estructurales y pueden dar lugar a propiedades completamente diferentes.

En el estudio, los investigadores han tomado una molécula formada por cuatro anillos de carbono, esto es: su estructura enlaza los carbonos de la molécula con otros carbonos hasta formar cadenas que se cierran sobre sí mismas. El siguiente paso fue depositarlas en una superficie salina que ayudara a conducir la electricidad y, por supuesto, suministrar esa chispa. Aunque, claro, la precisión para hacer algo así debe ser muy alta, y por ello el pulso de voltaje se aplicó sobre la punta de un microscopio de efecto túnel. Estos microscopios, muy utilizados en nanociencia y nanotecnología, funcionan del siguiente modo: su sonda va barriendo la superficie a estudiar y, cuando detecta algo suficientemente cerca (a distancias cuáticas), los electrones de la sonda pueden aparecer por efecto túnel en el objeto. De ese modo, se van determinando las distancias.

Reducción para la miniaturización

Lo más interesante de todo esto es que, a diferencia de lo que los investigadores pensaban en un primer momento, estas corrientes no desencadenan cambios aleatorios en la molécula, sino que son bastante específicos y, por lo tanto, puede usarse a voluntad para obtener la molécula que queramos. O, dicho en palabras del coautor Diego Peña: “pero debo decir que hubo algo de serendipia [casualidad] en el proceso, ya que queríamos provocar un tipo de reagrupamiento molecular y encontramos otros todavía más interesantes, y, sobre todo, controlado”.

Al final se trata de procesos de reducción y oxidación, que se llaman. Procesos donde se intercambia electrones siendo el agente oxidante quien capta estos electrones (como el aire que es el agente oxidante del metal), y siendo el agente reductor quien proporciona estos electrones siendo oxidado en el proceso. La producción de máquinas moleculares no es baladí. De hecho, aunque hemos avanzado mucho, estamos en uno de esos momentos donde pequeños avances se sienten como grandes hitos. En 2016 el premio de química fue, precisamente, a estas máquinas moleculares y, ahora, con este avance, nuestra capacidad para producirlas ha mejorado sustancialmente, permitiendo diseños más complejos y eficientes.

Tendremos que esperar unos años para que este sector tome la fuerza que merece en el mundo de la industria, pero las máquinas moleculares han llegado para quedarse y darán mucho de lo que hablar en un futuro.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Siempre han existido máquinas moleculares, solo que ahora intentamos diseñarlas nosotros. Sin embargo, la bioquímica está plagada de ellas, moléculas que funcionan como compuertas, como molinos de viento o como tijeras. Las posibilidades son casi infinitas.

REFERENCIAS (MLA):

• Florian Albrecht, Shadi Fatayer, Iago Pozo, Ivano Tavernelli, Jascha Repp, Diego Peña, Leo Gross. “Selectivity in single-molecule reactions by tip-induced redox chemistry”. Science, 2022.