Fabrican una máquina molecular impulsada por luz

Han diseñado una máquina que simula por primera vez el movimiento molecular que tiene lugar a lo largo de las fibras de las células.

El novedoso sistema simulador del movimiento celular impulsado por la luz. Para poder crear el movimiento en este sistema estático, los investigadores utilizaron interacciones entre grupos químicos de carga opuesta. El proceso sería el siguiente: primero una molécula catiónica que se autoensambla formando fibras (el camino). En segundo lugar, tenemos  una molécula aniónica fluorescente (el viajero) que se une a la molécula anterior. Y como tercer elemento tenemos otra molécula aniónica que, en este caso, se comporta como interruptor molecular: cuando se la ilumina con luz azul-violeta, debilita la interacción de las moléculas viajeras con el camino e impulsa el movimiento de estas a lo largo del trayecto. El movimiento mecánico del interruptor y el calor que se libera cuando se mueve son importantes para que el sistema funcione.

La catedrática de la Facultad de Farmacia y Ciencias de la Alimentación de la Universidad de Barcelona (UB) Lluïsa Pérez-García ha participado en una investigación internacional, liderada por la Universidad de Nottingham, que ha creado la primera máquina molecular artificial impulsada por la luz.

La máquina, que simula por primera vez el movimiento molecular que tiene lugar a lo largo de las fibras de las células, tiene aplicaciones potenciales en los campos de la nanomedicina y de la energía.

La construcción de máquinas moleculares que mimetizan sistemas físicos y biológicos ha cautivado la atención de muchos científicos por más de 40 años. Este interés se debe en gran parte al esfuerzo por reducir el tamaño de los dispositivos mecánicos. La miniaturización de motores implica una fascinación particular. En 1959, el premio Nobel de Física, Richard Feynman, ofreció un premio de $1000 dólares a quien desarrollara el primer «motor eléctrico de un tamaño de apenas 1/64 pulgadas cúbicas». Recientemente, utilizando técnicas de microfabricación fotolitográfica, se ha llegado a la obtención de motores cuyos diámetros son más pequeños que el de un cabello humano.

Con estas palabras textuales de Richard Feynman (1960): «No puedo ver exactamente qué es lo que pasa a nivel molecular, pero apenas dudo que al tener algún control sobre el arreglo de las cosas a escala molecular, se podría llegar a obtener una gran cantidad de propiedades de esas sustancias; así como también, hacer diversos trabajos con ellas», se resume la importancia de comprender el funcionamiento de máquinas a escala molecular y desde esa época hasta la actualidad es mucho lo que ha avanzado.

Una máquina molecular es un conjunto de moléculas que pueden realizar distintos movimientos mecánicos en respuesta a un estímulo. Se trata de una estructura clave para el desarrollo de distintas funciones celulares. La catedrática Lluïsa Pérez-García que ha participado en esta investigación internacional, ha creado una máquina molecular artificial impulsada por la luz. Este trabajo, publicado en la revista Nature Chemistry, es un primer paso para desarrollar una nueva familia de este tipo de estructuras moleculares con aplicaciones potenciales tanto en el campo de la nanomedicina como en el de la energía.

Según los autores del trabajo, el resultado de la investigación sería el ejemplo de máquina molecular artificial que «probablemente más se asemeja a los motores moleculares celulares». Un mecanismo esencial para las funciones de las células en los organismos vivos es que los motores moleculares viajen por caminos específicos de moléculas.

El novedoso sistema simulador del movimiento celular impulsado por la luz, es un gran avance científico. «En este trabajo, hemos demostrado que una fibra molecular sintética autoensamblada en un líquido se comporta como un camino para el movimiento de un viajero molecular fosforescente situado a una distancia de 10.000 veces su longitud. La luz actúa como combustible para favorecer el movimiento, mientras que un interruptor molecular mezclado en el sistema parece impulsar al viajero en su camino», explica Lluïsa Pérez-García. Para observar estos efectos, los investigadores usaron un microscopio óptico especial, y observarlas cuando se iluminaban, puesto que las moléculas viajeras eran fluorescentes.

«Este sistema podría utilizarse para realizar tareas químicas, quizás en dispositivos miniaturizados para detectar productos químicos, y también para la aplicación de fármacos activados por la luz», subraya Pérez-García.

Para poder crear el movimiento en este sistema estático, los investigadores utilizaron interacciones entre grupos químicos de carga opuesta. El proceso sería el siguiente: Primero una molécula catiónica que se auto ensambla formando fibras (el camino). En segundo lugar tenemos  una molécula aniónica fluorescente (el viajero) que se une a la molécula anterior. Y como tercer elemento tenemos otra molécula aniónica que en este caso se comporta como interruptor molecular: cuando se la ilumina con luz azul-violeta, debilita la interacción de las moléculas viajeras con el camino e impulsa el movimiento de estas a lo largo del trayecto. El movimiento mecánico del interruptor, y el calor que se libera cuando se mueve,  son importantes para que el sistema funcione.

Otra aplicación potencial sería en la búsqueda de nuevas formas de aprovechar la energía de la luz. «Ya que se trabaja desplazando a los viajeros de un lugar a otro, si captáramos la energía que produce este nuevo sistema, tendríamos una manera muy sencilla de conseguir energía», concluye la investigadora.

El avance no se detiene y los investigadores ya tienen un próximo reto, que consiste en poder transportar otras moléculas de un lugar a otro de forma controlada y poder imitar  a la naturaleza consiguiendo que éstas también puedan llevar una carga, pero utilizando la luz como fuente de energía.

 

Fuente: https://noticiasdelaciencia.com/art/43545/crean-una-maquina-molecular-artificial-impulsada-por-la-luz

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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