Màquines moleculars: Somni o realitat?

Posted on 10/08/2011 per

1


Penseu que serà possible que en un futur llunyà una determinada operació quirúrgica sigui executada per màquines moleculars d’una mida de pocs nanòmetres (1nm = 10-9 m) introduïdes a l’organisme i controlades des de fora? De moment, l’existència d’aquestes nanomàquines encara és ciència ficció. Tot i així, malgrat que de moment estem molt lluny d’assolir aquest objectiu, també és cert que ens els darrers anys s’han fet passos importants en aquesta direcció. Val a dir que ja es coneixen des de fa temps nanomàquines que fan determinades funcions a l’organisme, com l’ATPasa i la miosina. El que estem dient ara és que els químics han ideat molècules, anomenades nanomàquines o nanomotors, els moviments de les quals no són al·leatoris sinó que es poden control·lar mitjançant estimuls externs. Un exemple extraordinàriament bonic és el de la molècula de la Figura 1, sintetitzada pel grup de Feringa l’any 1999.

Figura 1. Molècula de bifenaltrilidè amb rotació unidireccional mitjançant 4 passos

Figura 1. Molècula de bifenaltrilidè amb rotació unidireccional mitjançant 4 passos

El primer pas que porta de la conformació (P,P)-E fins a (M,M)-Z es fa irradiant amb llum làser a una longitud d’ona superior a 280 nm. El segon que ens porta de (M,M)-Z a (P,P)-Z és un procés exotèrmic que s’aconsegueix superar escalfant a uns 60 ºC. El pas de (P,P)-Z a (M,M)-E cal fer-lo altre cop irradiant amb llum làser a una freqüència superior a 280 nm. Finalment la tornada a la situació original també és un procés tèrmic amb una barrera que es supera a la temperatura de 60 ºC. En definitiva, si irradiem de forma contínua amb un làser de longitud d’ona superior a 280 nm i mantenim el sistema a una temperatura superior a 60 ºC es produeix un moviment de rotació unidireccional que dura mentre dura la font d’energia (làser i calor). Es tracta d’un moviment com el que podríem tenir en el motor d’un cotxe convencional, amb la diferència que en aquest cas el tenim en un sistema de mida nanomètrica. El funcionament d’un motor molecular d’aquest tipus es pot veure a la pàgina web del grup de Feringa.

Un altre cas interessant és el que es mostra a la Figura 2 publicat el 2008 per Dawson i col·laboradors. El troncs de con dibuixats representen ciclodextrines. Mitjançant llum làser de 254 i 350 nm podem provocar la fotoisomerització reversible de les unitats d’estilbè. Quan els grups fenil de l’estilbè estan en trans tenim les ciclodextrines properes. Quan estan en cis les tenim allunyades. Es tracta doncs d’un motor que podria simular molt bé el funcionament d’un múscul molecular. El control d’aquest motor el podem exercir a través de la llum làser.

Figura 2. La llum làser em permet passar de l'estructura contractada a l'estesa generant un múscul molecular

Figura 2. La llum làser em permet passar de l'estructura contreta a l'estesa generant un múscul molecular

Molt recentment el mateix grup de Feringa ha publicat un article a Science on demostren que, mitjançant un catalitzador que porta incorporat un motor molecular, poden aconseguir des d’una mescla racèmica fins al 100% de l’enantiòmer S o R. Es el primer cop que s’ha descrit un catalitzador que pot controlar mitjançant la llum i la temperatura l’excès enantiomèric d’una determinada reacció en la direcció que interessi.

Sens dubte hi ha molt de camp per córrer encara per assolir molècules que facin de nanocirugians. Val a dir però que els motors o nanomàquines moleculars constitueixen en aquests moments una de les fronteres de la química més apassionants i de la que en sortiran a ben segur sistemes espectaculars els propers anys.

Anuncis