Investigadores de la Universidad Humboldt de Berlín desarrollan un nano-motor que permite crear estructuras moleculares complejas, como catenanos, mediante un método innovador y controlado por luz.
Investigadores de la Humboldt-Universität zu Berlín, liderados por el Dr. Michael Kathan, han desarrollado una innovadora técnica que permite la manipulación mecánica de moléculas a través de un nano-motor impulsado por luz. Este avance representa un hito en la química, ya que facilita la creación de estructuras moleculares complejas conocidas como Catenanes, que son anillos entrelazados sin estar químicamente unidos.
La investigación, publicada en la prestigiosa revista Science, aborda uno de los grandes desafíos en la química: la dificultad de manipular moléculas diminutas que están en constante movimiento. Según Kathan, “lo que hemos creado es esencialmente una mini-máquina que gira en una dirección gracias a la luz”. Esta máquina permite enrollar dos cadenas moleculares de manera controlada, ofreciendo un nuevo nivel de control mecánico en el ámbito molecular, algo que hasta ahora era exclusivo del mundo macroscópico.
Tradicionalmente, en la química sintética ha sido complicado entrelazar moléculas de forma intencionada, especialmente cuando esto contradice su tendencia natural a organizarse espontáneamente. En la naturaleza, las moléculas se ensamblan en estructuras tridimensionales a través de movimientos constantes, como ocurre con proteínas y el ADN. Sin embargo, estas configuraciones no suelen ser permanentes.
Hasta ahora, los científicos recurrían a plantillas moleculares para guiar el ensamblaje estructural, pero estas solo funcionan con ciertos tipos de moléculas. La nueva metodología desarrollada por Kathan y su equipo no requiere tales plantillas; el motor molecular puede forzar diferentes moléculas a adoptar diversas formas tridimensionales. Utilizando luz como fuente de energía, cada rotación del motor crea una torsión definida que luego se fija químicamente. “Nuestra técnica es el primer enfoque libre de plantillas que permite un control mecánico tan preciso y es fácilmente generalizable”, destaca Kathan.
Los Catenanes sintetizados mediante esta nueva técnica son considerados bloques fundamentales para crear estructuras entrelazadas mecánicamente, como cadenas moleculares o redes. La investigación demuestra que tales estructuras pueden fabricarse utilizando una amplia variedad de moléculas distintas, lo cual proporciona un marco conceptual fundamental y generalizable: arquitecturas complejas y definidas mecánicamente son factibles a nivel molecular.
Este avance amplía significativamente las posibilidades dentro del campo de la síntesis química y abre nuevas vías para diseñar materiales compuestos por moléculas interconectadas. Los materiales resultantes podrían poseer propiedades excepcionales: serían altamente flexibles y al mismo tiempo extremadamente resistentes debido a su estructura molecular única.
Para más detalles sobre esta investigación, se puede consultar el artículo completo en Science.
El Dr. Michael Kathan está disponible para consultas adicionales sobre este proyecto innovador en el Instituto de Química de la Humboldt-Universität zu Berlín. Su correo electrónico es michael.kathan@hu-berlin.de.