Construcción de los primeros robots moleculares sintéticos accionados químicamente
Una extraña característica de la materia es su diferente comportamiento según el tamaño del objeto. Los objetos cotidianos de nuestro mundo «macro» no se mueven si no se les aplica una fuerza física. Mientras tanto, todos los objetos del tamaño de una molécula, y los átomos que los componen, se mueven constantemente de forma aleatoria. El proyecto MolMacIP, financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), se inspiró en el creciente consenso entre los químicos de que, en vez de imitar máquinas macroscópicas (lo que había dado lugar al Premio Nobel de 2016), era necesario desarrollar nuevas técnicas específicas para la nanoescala, inspiradas en la biología. Además de mejorar nuestra comprensión del funcionamiento de la biología, eso abriría la puerta a nuevas maquinarias y materiales moleculares similares a los de la vida, para toda una serie de aplicaciones potenciales. «Nuestros diseños experimentales de trabajo han demostrado cómo fabricar máquinas moleculares alimentadas químicamente, inspirando a muchos científicos a replantearse su método. No creo que volvamos a diseñar máquinas moleculares como análogos de máquinas macroscópicas», afirma David Leigh(se abrirá en una nueva ventana), coordinador del proyecto MolMacIP.
Imitar la biología: como jugar al «Lego molecular»
Las máquinas moleculares se pueden programar para realizar tareas. Pero con todos los componentes moleculares ya en movimiento, guiar ese movimiento para construir una máquina molecular capaz de ejercer fuerza como un músculo, por ejemplo, implica bloquear el movimiento en todas las direcciones, excepto en la deseada. «Manipular esos elementos básicos moleculares y crear diferentes ensamblajes es como jugar con un Lego molecular», señala Leigh, de la Universidad de Mánchester(se abrirá en una nueva ventana), anfitriona del proyecto. El equipo de MolMacIP se dedicó específicamente a diseñar motores moleculares alimentados químicamente, capaces de transportar cargas y realizar otras tareas. «La biología utiliza máquinas moleculares para todos los procesos de la célula, es cómo se genera la fuerza, cómo se construyen las moléculas, cómo se almacena la energía y cómo se utiliza después para realizar tareas», añade Leigh. El equipo demostró el mimetismo biológico fabricando los primeros motores rotativos alimentados químicamente(se abrirá en una nueva ventana), mediante principios que podrían aplicarse también a la construcción de motores lineales. «Utilizamos los mismos conceptos de ingeniería que las proteínas motoras, ¡pero nuestro sistema artificial está formado por solo 26 átomos! Las proteínas motoras están formadas por decenas de miles de átomos, por lo que nuestras moléculas motoras son más sencillas y pequeñas», explica Leigh. A principios de este año, el equipo utilizó esos motores moleculares para generar fuerza y contraer un gel(se abrirá en una nueva ventana), de forma similar a como la biología utiliza las proteínas motoras de los músculos para generar fuerza. Inspirado en las cadenas de montaje, otro diseño enhebra una molécula cíclica en una pista, como si fuera una perla en un cordel. A medida que la molécula se desplaza por la vía hasta llegar a los distintos elementos básicos, los separa y los añade a una cadena en crecimiento, de forma similar a como la biología construye proteínas en la célula.
La maquinaria molecular será una tecnología revolucionaria
La historia de la innovación nos dice que la miniaturización suele conducir al avance tecnológico, desde las máquinas de vapor a las baterías, desde los ordenadores del tamaño de una habitación a los diminutos chips de bajo consumo. Con potenciales aplicaciones en energía, transporte y seguridad, las máquinas moleculares podrían contribuir a la competitividad económica europea, además de abordar problemas sociales como la salud pública y la sostenibilidad. «Aunque ser demasiado específico sobre las aplicaciones es como pedir a los inventores de ruedas de la Edad de Piedra que predijeran los automóviles, las máquinas moleculares probablemente acelerarán y mejorarán el descubrimiento de fármacos, además de reducir la demanda de materiales, los requisitos energéticos y los costes del ciclo de vida», señala Leigh. Con la creación de los primeros ejemplos sintéticos de maquinaria molecular accionada químicamente en su haber, el equipo de MolMacIP aspira ahora a fabricar sistemas más rápidos, eficaces y potentes para llevar a cabo tareas útiles, como sensores y materiales accionados químicamente.
