Las máquinas más pequeñas del mundo

Dra. Ana Pérez Campos, Jefe de Producto Área Nanotecnología Álava Ingenieros

Este año el premio Nobel de química ha sido otorgado a Jean Pierre Sauvage, de la Universidad de Estrasburgo (Francia), James Fraser Stoddart, de la Universidad de Northwestern (EEUU) y a Bernard L. Feringa, de la Universidad de Groningen (Holanda) por el diseño y fabricación de “máquinas moleculares”, las máquinas más pequeñas del mundo.

Al igual que la revolución industrial dio un giro a una economía basada en la agricultura y el comercio con la aparición la maquinaria, por qué ponernos límite a ese tamaño, a esa escala que conocemos además como el mundo “macro”. Siendo que en la naturaleza encontramos multitud de máquinas o mecanismos micro capaces de operar tales como bacterias o ácaros. Científicos de todo el mundo se han planteado esta misma pregunta a lo largo de los años, tratando de aportar soluciones innovadoras y adentrarse en el desconocido mundo “nano”.

Uno de estos científicos fue el premiado Fraser Stoddart, quien en 1999, basándose en el trabajo de su colega Sauvage (también premiado) sobre las cadenas moleculares, construyó la primera máquina molecular. Stoddart creció en una granja en Escocia sin electricidad ni con las comodidades habituales de hoy en día. En su lugar, empleaba su tiempo en resolver rompecabezas desarrollando así una habilidad que le fue tremendamente útil en su profesión de químico para reconocer formas y resolver cómo pueden ligarse entre sí. Puede decirse que Stoddart hizo de sí mismo un “artista molecular”, esculpiendo formas químicas que jamás se habían visto antes.

De esta forma, en 1991 ideó unos anillos de moléculas capaces de moverse sobre un eje. Se trataba del primer motor molecular diseñado por el hombre: el llamado rotaxano, una molécula con forma de anillo capaz de rotar sobre sí misma mediante la transferencia de electrones. Pero a esta máquina le faltaba un elemento clave para su funcionamiento: la energía. Stoddart y su equipo consiguieron pronto controlar a su antojo este movimiento al provocarlo aplicando calor como fuente de energía. En 1994, se pudo controlar por completo, rompiendo con la aleatoriedad que de otro modo regula estos movimientos en los sistemas químicos.
A partir de este momento Stoddart y su equipo se basaron en el rotaxano para construir nuevas máquinas moleculares como un ascensor (2004) capaz de elevarse por sí mismo 0.4 nanómetros o un músculo artificial (2005) en el que los rotaxanos se pliegan sobre una delgada lámina de oro. Las probabilidades de esta máquina molecular son ilimitadas, incluso se desarrolló un chip de 20 kB de memoria de un tamaño mucho menor que los transistores utilizados habitualmente. Esto abre de nuevo un sinfín de posibilidades que podrían revolucionar la ya tradicional tecnología del silicio.
La influencia del rotaxano llevó al equipo de Sauvage (también premiado) a investigar sobre él. finalmente logró enhebrar dos moléculas en bucle entre sí, formando una estructura elástica de propiedades similares a los filamentos en un músculo humano. Esta construcción puede compararse a un motor, donde se hace girar el anillo del rotaxano alternativamente en direcciones diferentes.
De esta forma se fue desarrollando progresivamente el concepto de “ingeniería molecular”.

Motores moleculares
En esta línea continuó la investigación el tercer premiado, el holandés Bernard Feringa, quien logró el ansiado objetivo de que los motores giraran continuamente en la misma dirección, pasando a la escala de “motores moleculares”.
La parte extraordinaria y tremendamente atractiva de esta tecnología, del mundo nano, fue planteada de una forma muy sencilla por la presidenta del Comité Nobel de Química Sara Snogerup Linse durante el acto de anuncio del premio Nobel cuando preguntó "¿Quieren saber ustedes cómo son estas máquinas?". "Lo siento, es imposible que ustedes las vean porque son 20.000 veces más pequeñas que el ancho de un pelo humano", bromeó. Entonces, ¿cómo se fabrican, cómo se ven, cómo se comprueban los resultados de estas pequeñas máquinas así como de todo lo que engloba el cada vez más desarrollado “mundo nano”? Paralelamente a la investigación científica se desarrollan equipos versátiles cuya resolución y fiabilidad de resultados es cada día mayor. Así encontramos tecnologías como los TEM (microscopio electrónico de transmisión) y SEM (microscopio electrónico de barrido), los ojos que permiten ver el mundo nano. AFM o microscopios de fuerza atómica, que informan sobre la rugosidad o topografía de las muestras, especialmente útil para las aplicaciones bio. O los equipos de rayos X, que caracterizan la composición o calidad cristalina de una muestra.
La tecnología sigue avanzando, acercándonos a nuevos retos tecnológicos y a un nuevo mundo que aún sigue siendo muy pequeño.