Poner una nanomáquina a trabajar

30.01.2020 - Alemania

Un equipo de químicos de LMU ha acoplado con éxito el movimiento dirigido de un motor molecular activado por la luz a una unidad química diferente, dando así un importante paso hacia la realización de nanomáquinas sintéticas.

Los motores moleculares son compuestos químicos que convierten la energía en movimientos dirigidos. Por ejemplo, es posible hacer que un sustituto unido a un enlace químico específico gire unidireccionalmente cuando se expone a una luz de cierta longitud de onda. Por lo tanto, las moléculas de este tipo son de gran interés como unidades impulsoras de las nanomáquinas. Sin embargo, para realizar un trabajo útil, estos motores deben estar integrados en conjuntos más grandes de tal manera que sus movimientos mecánicos puedan ser acoplados efectivamente a otras unidades moleculares. Hasta ahora, este objetivo ha permanecido fuera de alcance. El químico de LMU, Dr. Henry Dube, es un destacado especialista en el campo de los motores moleculares. Ahora él y su equipo han dado un importante paso hacia el logro de este objetivo. Como informan en la renombrada revista Angewandte Chemie, han logrado acoplar el movimiento unidireccional de un motor químico a una unidad receptora, y han demostrado que el motor no sólo puede hacer que el receptor gire en la misma dirección sino que al mismo tiempo acelera significativamente su rotación.

El motor molecular en la configuración de Dube se basa en la molécula hemitioíndigo, que contiene un doble enlace de carbono móvil (-C=C-). Cuando el compuesto se expone a la luz de una longitud de onda específica, este enlace gira unidireccionalmente. "En un artículo publicado en 2018, pudimos mostrar que esta doble rotación direccional del enlace podría ser transmitida por medio de un 'cable' molecular a la rotación de un solo enlace de carbono de una unidad molecular secundaria", dice Dube. "Este único vínculo en sí mismo rota aleatoriamente bajo la influencia de las fluctuaciones de temperatura. Pero, gracias al acoplamiento físico entre ellos, el movimiento unidireccional del motor impulsado por la luz se transmite al enlace único, que se ve obligado a girar en la misma dirección".

Para verificar que el enlace "motorizado" impulsaba activamente el movimiento del enlace único, y no simplemente sesgaba su dirección de rotación, Dube y sus colegas añadieron un freno al sistema que reducía el movimiento térmico del enlace único. La modificación aseguró que el motor tendría que gastar energía para superar el efecto del freno a fin de hacer girar el enlace único. "Este experimento nos permitió confirmar que el motor realmente determina la tasa de rotación del enlace simple - y de hecho la incrementa en varios órdenes de magnitud", explica Dube.

En conjunto, estos resultados proporcionan una comprensión detallada sin precedentes del modo de funcionamiento de una máquina molecular integrada. Además, el montaje experimental permitió a los autores cuantificar la energía potencial disponible para impulsar el trabajo útil, dando así la primera indicación de cuánto trabajo puede hacer efectivamente un solo motor molecular en condiciones realistas. "Nuestro próximo reto será demostrar que la energía transmitida en este sistema puede efectivamente ser utilizada para realizar un trabajo útil a escala molecular", dice Dube.

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