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La nanotecnología mueve por vez primera una montaña

Una nueva proeza tecnológica ha sido conseguida por científicos europeos: el desplazamiento de una gota visible a simple vista por el impulso de una máquina 80.000 veces más pequeña que el ancho de un cabello humano. Aunque aún queda mucho para que se puedan mover grandes objetos gracias a la nanotecnología, este nuevo logro ayudará a la realización de ciertos diagnósticos técnicos de microchips y a producir determinadas reacciones químicas a escala minúscula, sin necesidad de tubos de ensayo. También propiciará nuevos medicamentos, materiales inteligentes y músculos artificiales. Por Marta Morales.

La nanotecnología mueve por vez primera una montaña

Investigadores de las universidades de Edimburgo (UK), Groninga (Países Bajos) y Bolonia (Italia) han fabricado la primera máquina molecular sintética, 80.000 veces más pequeña que el ancho de un cabello humano, capaz de mover un objeto visible a simple vista: con un apuntador de rayos láser, movieron pequeñas gotas de diiodometano o ioduro de metileno sobre una superficie plana, consiguiendo incluso que subiera por una pendiente.

Los resultados de su trabajo han sido publicados en la última edición de la revista Nature Materials, en la que explican que su técnica podría encontrar aplicaciones en los chips informáticos, en la ejecución de reacciones químicas a una escala microscópica y sin reactor y también en medicamentos, materiales inteligentes y músculos artificiales.

El diiodometano empleado en el experimento tiene una molécula compuesta por dos átomos de hidrógeno, uno de carbono y dos de yodo. A temperatura ambiente se presenta como un líquido incoloro de olor característico. Diminutas gotas este líquido fueron desplazadas no sólo por una superficie plana, sino también por una cuesta de 12 grados de inclinación, con un desplazamiento de un milímetro, venciendo la fuerza de la gravedad. Para conseguirlo, los investigadores concentraron un rayo de luz sobre uno de los lados de la gota: el impacto así inducido fue el que permitió el desplazamiento.

La técnica empleada consiste en recubrir una superficie de oro de una capa de moléculas de rotaxano, que en realidad es la así llamada máquina molecular sintética, capaces de modificar la superficie en la que se asientan en respuesta a los impulsos lumínicos. Estas moléculas de rotaxano efectúan un movimiento de una millonésima de milímetro hacia arriba o hacia abajo cuando son expuestas a la luz.

Las moléculas de rotaxano son unas moléculas artificiales capaces de comportarse de manera distinta frente a una corriente eléctrica según la orientación de unos anillos de carbono que la componen. La orientación de esos anillos se puede leer y variar aplicándole corrientes eléctricas con distintos voltajes.

Origen informático

Originalmente, estas moléculas artificiales fueron concebidas por ingenieros de la empresa Hewlett-Packard para el desarrollo de nuevas capacidades informáticas: aseguran que estas moléculas permitirán construir ordenadores 100.000 millones de veces más rápidos que los actuales, construidos con chips del tamaño de un grano de arena.

Las máquinas moleculares están en la naturaleza y cumplen funciones biológicas tan diversas como el movimiento de los músculos o la fotosíntesis. Muchos científicos trabajan con estas máquinas moleculares naturales para controlar el movimiento de ciertas partes de las moléculas, pero conseguir máquinas moleculares artificiales, como la empleada en el experimento de la gota de ioduro de metileno, no es tarea fácil porque las leyes físicas que rigen el comportamiento a nivel molecular difieren de las leyes convencionales.

Hasta ahora nadie había conseguido que estas máquinas moleculares, naturales o artificiales, interactuaran con objetos visibles a escala macroscópica, que es lo que han conseguido estos investigadores, informa la Universidad de Edimburgo. Hasta ahora, las máquinas moleculares han funcionado aisladas en pruebas de laboratorio, pero este último experimento las ha puesto en contacto con el mundo que nos rodea.

Los pasos del experimento

El experimento de Leigh y sus colegas se basó en el desarrollo de una superficie de oro que se recubrió con moléculas artificiales. Como resultado, se creó un material similar al teflón, es decir, prácticamente inerte, que no reacciona con otras sustancias químicas o que es carente de reactividad y con un coeficiente de rozamiento muy bajo.

La superficie recubierta con la sustancia molecular sintética quedó así rodeada de componentes que se mueven de arriba abajo a escala de una millonésima de milímetro cuando son expuestos a la luz ultravioleta. El movimiento de las gotas es posible porque la reacción química que tiene lugar en la superficie con la incidencia de la luz provoca que una parte de las moléculas repela otra parte de éstas.

El cambio de las posiciones moleculares altera la tensión de la superficie y hace que las gotas se desplacen. Este fenómeno es tan eficiente que genera la energía necesaria para moverlas, al producir una alteración en la tensión molecular de la superficie de las gotas. De esta forma, se crea un sistema artificial que imita a la naturaleza y que puede ser controlado por el hombre, un sistema molecular inteligente similar a las máquinas moleculares de la biología.

A pesar de lo conseguido, aún queda mucho para que se puedan mover grandes objetos gracias a la nanotecnología, pero este nuevo logro podría ser útil en la realización de ciertos diagnósticos técnicos de microchips o para producir determinadas reacciones químicas a escala minúscula sin necesidad de tubos de ensayo.

Nueva revolución en puertas

Según los investigadores, cuando se pueda imitar a la Naturaleza a este nivel y el ser humano pueda construir y controlar este tipo de máquinas, habrá una revolución en el campo de las tecnologías moleculares. Esta revolución marcará el cuidado de la salud y la creación de materiales inteligentes.

Músculos artificiales que utilcen nano-máquinas para realizar determinadas tareas físicas, materiales inteligentes capaces de modificar sus propias propiedades (como su volumen, su viscosidad o su conductividad) en respuesta al estímulo de la luz o de la electricidad, el control del desplazamiento de medicamentos dentro del cuerpo para llevarlos justo al órgano que los necesita o el movimiento de objetos con un simple apuntador láser, serán algunas de las posibilidades que se abran.

El experimento ha sido dirigido por David Leigh, considerado el Profesor Forbes de la química orgánica, y ha sido promocionado por el Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) del Reino Unido, que también explica y comenta el experimento en un comunicado. El EPSRC es la mayor entidad británica para el desarrollo de la ingeniería y de las ciencias físicas del Reino Unido. Cada año invierte más de 700 millones de euros en investigación.

Marta Morales

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