-
Un equipo de científicos consegue modificar a estrutura de moléculas individuais aplicando distintos pulsos de voltaxe para romper e formar os seus enlaces de maneira selectiva. O descubrimento permitiría deseñar novas máquinas moleculares con tarefas e funcións complexas.
-
O novo traballo, que se publica en portada da revista Science, é froito dunha colaboración internacional do CiQUS (USC) con investigadores de IBM Research, King Abdullah University of Science and Technology e a Universität Regensburg.
O traballo foi destacado na portada da revista Science | AAAS
A formación selectiva e reversible de enlaces permite transformar a estrutura do centro na estrutura da dereita ou na da esquerda. As imaxes das moléculas foron obtidas mediante un microscopio de forza atómica (AFM) | AAAS
Investigadores do Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) da Universidade de Santiago de Compostela en colaboración con IBM e un equipo internacional de científicos lograron controlar a formación de enlaces entre os átomos dunha molécula mediante pulsos eléctricos, propiciando cambios selectivos na estrutura molecular. O avance supón un control sen precedentes a escala molecular e abre unha nova vía para o desenvolvemento de sofisticadas máquinas moleculares cun amplo rango de posibles aplicacións. Os resultados acaban de ser portada da revista Science, escaparate da mellor ciencia a nivel internacional.
Nas moléculas, os átomos están unidos mediante enlaces formando unha estrutura tridimensional de tamaño nanométrico. Moléculas co mesmo número e tipo de átomos poden presentar os seus enlaces de diferentes formas, poden ter diferente conectividade entre os seus átomos. Estes compostos denomínanse isómeros estruturais e achegan unha variabilidade extraordinaria ao mundo molecular. Agora, os científicos atoparon un método que permite transformar un isómero estrutural noutro, reconectando as súas ligazóns a vontade en función dun estímulo externo. Para conseguilo, aplicaron distintas voltaxes coa punta dun microscopio de sonda de barrido (STM) sobre unha molécula formada por catro aneis de carbono, inducindo cambios moi precisos na estrutura destes aneis.
"Desde o século XIX os químicos tentamos cambiar a conectividade entre os átomos nas moléculas para obter novas funcionalidades” sinala Diego Pena, investigador principal do CiQUS e co-autor do estudo: “A novidade é que agora o podemos facer de forma extremadamente precisa e sobre moléculas individuais, coma se dispuxésemos de pinzas nanométricas do tamaño das moléculas”. O novo traballo é froito dunha colaboración internacional do CiQUS con investigadores de IBM Research, King Abdullah University of Science and Technology e a Universität Regensburg. "Non só controlamos que enlaces fórmanse, ademais facémolo de forma reversible, podemos cambiar unha e outra vez entre as distintas estruturas de forma repetida” sinala Leo Gross, investigador de IBM e co-autor do estudo: "A formación selectiva e reversible de enlaces pode favorecer a creación de novas máquinas moleculares con funcións e tarefas máis complexas".
As máquinas moleculares son moléculas que poden levar a cabo unha determinada tarefa en resposta a un estímulo externo. Sen ir máis lonxe, o noso propio corpo alberga un gran número de máquinas moleculares con funcións tan vitais como a replicación do ADN. Con todo, deseñar máquinas artificiais e sintetizalas no laboratorio é unha tarefa moi complexa, valedora do Premio Nobel de 2016 a Jean Pierre Sauvage, J. Fraser Stoddart e Ben L. Feringa. A posibilidade de crear e romper ligazóns dentro dunha molécula individual supón o control deliberado sobre a súa estrutura o que, á súa vez, constitúe a base das máquinas moleculares. “Ata o de agora as máquinas moleculares artificiais baseábanse principalmente en inducir cambios na distribución espacial dos átomos mediante estímulos externos; ao engadir o control sobre a conectividade entre os átomos, podemos abordar a fabricación de deseños máis complexos” explica Pena. O seu equipo traballa no marco dun proxecto europeo centrado na manipulación de moléculas individuais (MolDAM - ERC SyG). Os investigadores prevén seguir avanzando sobre este coñecemento, e entre os seus próximos pasos contemplan a posibilidade de que as reaccións sexan desencadeadas mediante luz ou transferindo electróns entre as distintas partes dunha mesma molécula, no canto de facelo mediante a punta dun microscopio STM.
Referencia
F. Albrecht, S. Fatayer, I. Pozo, I. Tavernelli, J. Reep, D. Peña, L. Gross. Selectivity in single-molecule reactions by tip-induced redox chemistry. Science, 2022, 377, 298-301