La invención de mecanismos y máquinas a escala humana ha revolucionado la vida del ser humano: desde la polea que Arquímides le describía en sus cartas al Rey Hierón de Siracusa, hasta el complejo motor de combustión interna que propulsa nuestros coches. Muchos nos asombramos, con razón, al presenciar la habilidad con la que un relojero es capaz de ensamblar diminutos engranajes para que muevan de manera coordinada y precisa las agujas de un reloj de pulsera en el sentido correcto. Ahora imaginemos a científicos como los profesores Stoddart, Sauvage y Feringa, galardonados con el premio Nobel de química el pasado miércoles, trabajando para ensamblar con precisión engranajes que son un millón de veces más pequeños que los que un relojero puede manipular. Así de diminutos son los mecanismos y máquinas moleculares por cuyo desarrollo han recibido estos científicos el mayor de los reconocimientos.
Las máquinas moleculares son agrupaciones creadas a partir de unas pocas moléculas que tienen la capacidad de realizar movimientos por sí mismas, pueden desplazarse de su posición, doblarse, estirarse y encogerse, de modo que esos movimientos afectan a su entorno directo y logran modificarlo. Al contrario de lo que ocurre en la mayor parte de los materiales, en los que varias moléculas se unen mediante fuertes enlaces para conformar un cuerpo más o menos rígido, en las máquinas moleculares, existen otras maneras menos rígidas de ensamblar varias unidades juntas, de manera que el elemento final tenga ciertos grados de flexibilidad.
A día de hoy, la mayor parte de los mecanismos y máquinas moleculares que los científicos pueden sintetizar de manera artificial recuerdan en su comportamiento a mecanismos sencillos que empleamos a escala humana, tales como un molinillo de viento, un matasuegras, pinzas, tijeras, muelles, es decir, pueden llevar a cabo simples movimientos de rotación, pinzamiento, estiramiento, etc. Otras más complejas están dotadas con mecanismos para auto-propulsarse, lo que les permite desplazarse de una posición a otra. Quizás uno de los ejemplos más ilustrativos es el vehículo molecular desarrollado por el grupo del Profesor Ben Feringa en la universidad holandesa de Groningen.
Esta original criatura, que muestra un parecido innegable con un monoplaza de fórmula 1, consta de un eje principal y cuatro unidades moleculares móviles, a modo de ruedas, que le permiten propulsarse y desplazarse sobre una superficie plana.
Una misión importante de los científicos en este área de la nanotecnología es no sólo diseñar estas máquinas o motores moleculares, sino también desarrollar mecanismos que hagan posible actuar sobre ellas, poder encenderlas y apagarlas a nuestra elección, de manera remota. Por supuesto, para actuar sobre objetos a escala molecular, no se cuenta con manivelas, palancas o botones de encendido, por lo que los investigadores desarrollan otras formas más sofisticadas de mandar señales a estas máquinas y proporcionarles la energía necesaria para que lleven a cabo sus acciones.
Aplicaciones futuras
Para esto, algunas máquinas moleculares se diseñan por ejemplo para responder a estímulos como la luz, de modo que realicen una acción al ser iluminadas. Un aspecto importante en el que se concentran esfuerzos de investigación, sobre todo cuando hablamos de motores moleculares que pueden desplazarse, es el de lograr que pasen de realizar movimientos más bien espasmódicos y poco controlados, a seguir una trayectoria concreta, que previamente hemos decidido. Es decir, que se trasladen de manera autónoma pero dirigida.
Este es un desafío científico formidable, no sólo por el hecho de inducir a motores moleculares a desplazarse, sino también por la necesidad de emplear técnicas que nos permitan conocer si han seguido las instrucciones y cómo lo han hecho, todo esto sin que los métodos que empleemos para «espiar» a estos vehículos en miniatura introduzcan una perturbación en un sistema tan delicado. Y en eso están los científicos que trabajan en el campo, en ponerse al volante de estos vehículos diminutos. ¿Y qué mejor que una carrera para comprobar la destreza de un piloto?.
En unas semanas estaba previsto que tuviese lugar en el Centro Nacional de Investigaciones Científicas francés de Toulouse la primera competición de vehículos moleculares, en la que varios laboratorios de todo el mundo probarían sus desarrollos más sofisticados, en una especie de «circuito de scalextric» de sólo 70 nanómetros de longitud, cien mil veces más corto que una pestaña, bajo la atenta mirada de un sofisticado microscopio de barrido de efecto túnel, que permite observar objetos de tamaño molecular. Ajustes en el microscopio han obligado a aplazar la carrera, que seguro tendrá lugar en el futuro y donde nacerán nuevas ideas para dominar el movimiento de los vehículos más pequeños del mundo.
A diferencia de otras ocasiones, en las que quizás se han reconocido avances cuyo impacto en la sociedad es ya notorio, este año, la Real Academia Sueca de las Ciencias galardona con el premio Nobel a un campo de la nanotecnología que se encuentra dando sus primeros pasos. Se han valorado factores como su originalidad, su grado de complejidad y su potencial para traducirse en aplicaciones futuras que repercutan en nuestras vidas diarias.
Las propiedades de algunos mecanismos moleculares ya se han empleado para crear superficies que se auto-reparan, y que algunas compañías de automóviles estudian para crear carrocerías de coches que se recuperan de arañazos sin tener que acudir al mecánico.
En el futuro, estos mecanismos diminutos se podrían emplear para tejer cadenas de polímeros con una precisión que imite a como nuestro cuerpo teje las cadenas de ADN, o para transportar un fármaco en nuestro cuerpo en busca de la célula que debe recibir el tratamiento. «Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo», dijo Arquímides al comprender los principios que regían el funcionamiento de una simple palanca. Quizás el premio Nobel 2016 será recordado en el futuro como el punto de apoyo que hizo que el mundo se moviese impulsado por las herramientas más diminutas que el hombre puede crear.
