Las máquinas moleculares, mucho más pequeñas que las células individuales, algún día podrán administrar medicamentos para matar células cancerosas o patrullar su cuerpo en busca de signos de enfermedad. Pero muchas aplicaciones de estas máquinas requieren grandes conjuntos de piezas móviles duras como rocas, lo que podríaser difícil de construir con estructuras biológicas típicas
Las moléculas que componen los cristales sólidos que se encuentran en la naturaleza generalmente están tan juntas que no hay espacio para que ninguna de ellas se mueva. Entonces, a pesar de su resistencia y durabilidad, los cristales sólidos generalmente no se han considerado para aplicaciones en máquinas moleculares, quedebe tener partes móviles que puedan responder a los estímulos.
Ahora, los investigadores de UCLA han formado un cristal a partir de moléculas que se asemejan a giroscopios con marcos sólidos. Dado que cada molécula tiene una carcasa exterior que rodea un eje giratorio, el cristal tiene un exterior sólido pero contiene partes móviles.
El nuevo cristal, descrito en el diario Actas de la Academia Nacional de Ciencias , es la primera prueba de que un solo material puede ser tanto estático como en movimiento, o anfibinámico.
"Por primera vez, tenemos un sólido cristalino con elementos que pueden moverse tan rápido dentro del cristal como lo harían en el espacio exterior", dijo Miguel García-Garibay, profesor de química y bioquímica de la UCLA y autor principal del estudio.
Para crear conjuntos repetitivos de máquinas moleculares, o materiales inteligentes, los investigadores a menudo recurren a los cristales líquidos, diseñados para su uso en pantallas de televisión LCD, pero también se encuentran en la naturaleza. Pero los cristales líquidos son relativamente lentos: cada molécula debe cambiar por completoorientación para alterar cómo interactúa con la luz, para cambiar el color o mostrar una nueva imagen en una pantalla, por ejemplo.
García-Garibay y sus colegas se propusieron diseñar un sólido cristalino con partes de movimiento más rápido. Como punto de partida, consideraron objetos más grandes y cotidianos que podrían replicar a escala microscópica.
"Dos objetos que encontramos muy interesantes fueron las brújulas y los giroscopios", dijo García-Garibay, quien también es decano de ciencias físicas en la Universidad de UCLA. "Comenzamos a crear modelos a gran escala; literalmente ordené unos pocos cientosbrújulas de juguete y comenzaron a construir estructuras con ellas "
Los investigadores encontraron que había dos claves para imitar una brújula o giroscopio a menor escala. Primero, la carcasa exterior de la estructura tenía que ser lo suficientemente fuerte como para mantener su forma alrededor del espacio mayormente vacío. Segundo, el componente giratorio interior tenía que sertan cerca de esférico como sea posible
Después de una prueba y error, el equipo diseñó una estructura que funcionó: una caja metalo-orgánica que contiene iones metálicos y una cadena principal de carbono que rodea una molécula esférica llamada biciclooctano. En los experimentos, el compuesto resultante - 1,4-biciclo [2.2.2] el ácido octano-dicarboxílico, un marco organometálico que los investigadores llamaron BODCA-MOF, se comportó como un material anhiddinámico.
No solo eso, sino que las simulaciones por computadora del cristal confirmaron lo que los experimentos mostraban: las esferas de BODCA que giraban constantemente giraban a 50 mil millones de rotaciones por segundo, tan rápido como lo harían en el espacio vacío, ya fueragirando en sentido horario o antihorario.
"Pudimos usar las ecuaciones de la física para validar los movimientos que ocurrían en esta estructura", dijo Kendall Houk, Profesor de Química Orgánica Saul Winstein de UCLA y uno de los autores del artículo. "Es un descubrimiento sorprendente que usted puedetener movimientos extremadamente rápidos dentro de esta cosa que externamente es como una roca "
Habiendo demostrado que dicho compuesto puede existir, los investigadores ahora planean intentar introducir nuevas propiedades en BODCA-MOF que permitan un estímulo eléctrico, magnético o químico para alterar el movimiento de las moléculas.
"El objetivo final es poder controlar el movimiento en estas máquinas moleculares para que podamos crear materiales que respondan a estímulos externos", dijo García-Garibay. Eso podría conducir a computadoras y pantallas electrónicas más rápidas, agregó, o tecnologíasque interactúan con radares, sonares o productos químicos.
"Con tales barreras bajas para la rotación, los resultados marcan un progreso sustancial hacia componentes moleculares que giran libremente incrustados en una matriz cristalina y hacia una funcionalidad potencial", dijo Stuart Brown, profesor de física y astronomía de la UCLA, y otro autor del artículo..
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Los Ángeles . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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