Científicos europeos descubren nanoestructuras autoorganizadas de potencial enorme
Un equipo de investigación alemán financiado con fondos comunitarios ha logrado capturar moléculas lineales en una red bidimensional, creando de este modo rotores diminutos que giran en espacios hexagonales. Su descubrimiento se enmarca en el proyecto MOLART («Arquitectura metalico-supramolecular confinada en una superficie: hacia una nueva química de la coordinación aplicada al diseño de nanosistemas funcionales»), que recibió una Subvención Avanzada (Advanced Grant) del Consejo Europeo de Investigación (CEI) por valor de 2,57 millones de euros a través del Séptimo Programa Marco (7PM) de la Unión Europea. La investigación se ha presentado mediante un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Los investigadores al cargo, dirigidos por el profesor Johannes Barth de la Universidad Técnica de Múnich (TUM, Alemania), explicaron que los reactantes se reúnen gracias al empleo de proteínas. «El confinamiento de especies moleculares en entornos nanométricos genera fenómenos dinámicos sorprendentes», indican los autores en su artículo. Los reactantes se «reúnen» en la superficie de los facilitadores, señalan. Aunque aún no se ha logrado que las nanomáquinas se estructuren de forma automática mediante efectos de autoorganización, el trabajo realizado por el equipo de la TUM es un avance en este sentido. En un principio, los científicos crearon una retícula nanométrica que permitió a los átomos de cobalto y a las moléculas lineales de sexifenil-dicarbonitrilo reaccionar entre sí en una superficie metálica. De la reacción surgió una retícula hexagonal semejante a un panal de abejas que además de consistente es estable. La retícula posee un grosor de un átomo. Su descubrimiento evoca otro reciente realizado por científicos financiados con fondos comunitarios y galardonados con un Premio Nobel por su trabajo sobre el grafeno bidimensional. «Cabe reseñar que la organización y los movimientos de rotación de cada una de las moléculas se controlaron mediante arquitecturas huésped supramoleculares diseñadas al detalle.» El equipo utilizó una red de coordinación bidimensional abierta sobre una superficie metálica lisa para guiar el autoensamblado de los polímeros dinámicos constitucionales unidos por enlaces no covalentes (unidades triméricas huésped). «Cada supramolécula quiral encajada realiza movimientos rotatorios coordinados que conservan la quiralidad en cada poro del panal guía que se observan y analizan en términos cuantitativos mediante microscopía de escáner de efecto túnel en un entorno de temperatura controlada», indican. En el artículo se explica que las moléculas lineales se reúnen de forma espontánea de tres en tres en el interior de una celda hexagonal, mientras que las celdas adyacentes se mantienen vacías al añadir los científicos bloques moleculares básicos. ¿Pero qué impulsa a las moléculas a organizarse en tríos? Los científicos de la TUM descubrieron que las moléculas se orientaban de forma automática en grupos de tres en los que los átomos de nitrógeno se encaraban a los de hidrógeno del grupo fenilo. Según el equipo, «esta configuración de rotor de álabe triple» permite que las moléculas mantengan la estructura con independencia de la energía utilizada para dirigir la rotación. Las interacciones entre los átomos exteriores de nitrógeno y los de hidrógeno de la pared de la celda permiten que se produzcan dos posiciones distintas. Además, las tres moléculas pueden ubicarse en el sentido de las agujas del reloj y en el contrario. Mediante el control de la temperatura los científicos «congelaron» y evaluaron con detenimiento estos cuatro estados. De este modo lograron calcular la energía de estos umbrales a partir de la temperatura a la que se inicia la rotación, indicaron. «Confiamos que en el futuro podremos utilizar estos modelos mecánicos simples como conmutadores ópticos o electrónicos», explicó el profesor Barth. «Podemos establecer un tamaño concreto de celda, incluir más moléculas y estudiar su interacción con la superficie y la pared de la celda. Estas estructuras autoorganizadas poseen un potencial enorme.» Al estudio también contribuyeron investigadores de la Universidad de Estrasburgo (Francia).
Países
Alemania, Francia