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Diseñada una máquina molecular artificial impulsada por la luz

La imagen muestra la luz que excita a un interruptor molecular (la forma amarilla entre las capas de moléculas en azul, que son el camino) y el movimiento de la molécula roja a lo largo del trayecto. El fondo es una imagen en color obtenida con el microscopio óptico que se ha utilizado para observar el movimiento.

La imagen muestra la luz que excita a un interruptor molecular (la forma amarilla entre las capas de moléculas en azul, que son el camino) y el movimiento de la molécula roja a lo largo del trayecto. El fondo es una imagen en color obtenida con el microscopio óptico que se ha utilizado para observar el movimiento.

Movimiento de las moléculas que viajan desde la zona verde, donde se irradian, hasta los caminos azules en torno a esta área.

Movimiento de las moléculas que viajan desde la zona verde, donde se irradian, hasta los caminos azules en torno a esta área.

Imagen artística del movimiento de las moléculas viajeras a lo largo de los caminos de las fibras en una captura de microscopio. Foto: Mònica Amabilino i Pérez

Imagen artística del movimiento de las moléculas viajeras a lo largo de los caminos de las fibras en una captura de microscopio. Foto: Mònica Amabilino i Pérez

21/01/2022

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Una máquina molecular es un conjunto de moléculas que pueden realizar distintos movimientos mecánicos en respuesta a un estímulo. Se trata de una estructura clave para el desarrollo de distintas funciones celulares. La catedrática de la Facultad de Farmacia y Ciencias de la Alimentación Lluïsa Pérez-García ha participado en una investigación internacional, liderada por la Universidad de Nottingham, que ha creado una máquina molecular artificial impulsada por la luz. Este trabajo, publicado en la revista Nature Chemistry, es un primer paso para desarrollar una nueva familia de este tipo de estructuras moleculares con aplicaciones potenciales tanto en el campo de la nanomedicina como en el de la energía.

 

Imita a los motores moleculares celulares

Un mecanismo esencial para las funciones de las células en los organismos vivos es que los motores moleculares (un tipo de máquinas moleculares) viajen por caminos específicos de moléculas. El nuevo sistema emula por primera vez el movimiento que se da a lo largo de las fibras de las células. Según los autores del trabajo, el resultado de la investigación sería el ejemplo de máquina molecular artificial que «probablemente más se asemeja a los motores moleculares celulares».

«En este trabajo, hemos demostrado que una fibra molecular sintética autoensamblada en un líquido se comporta como un camino para el movimiento de un viajero molecular fosforescente situado a una distancia de 10.000 veces su longitud. La luz actúa como combustible para favorecer el movimiento, mientras que un interruptor molecular mezclado en el sistema parece impulsar al viajero en su camino», explica Lluïsa Pérez-García, que también es investigadora del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la UB (IN2UB).

Los investigadores utilizaron interacciones entre grupos químicos de carga opuesta para crear movimiento en este sistema estático: una molécula catiónica que se autoensambla formando fibras (el camino), a las que se une una molécula aniónica fluorescente (el viajero). El tercer componente es una molécula aniónica que se comporta como interruptor molecular: cuando se la ilumina con luz azul-violeta, debilita la interacción de las moléculas viajeras con el camino e impulsa el movimiento de estas a lo largo del trayecto.

Los interruptores moleculares liberan calor cuando se irradian con la luz, un efecto que ayuda a moverse al viajero molecular, por lo que el movimiento mecánico del interruptor, y el calor que se libera cuando se mueve, son importantes para que el sistema funcione.

Para observar estos efectos, los investigadores usaron un microscopio óptico especial que permitió de forma simultánea excitar las moléculas, haciendo que se movieran, y observarlas cuando se iluminaban, puesto que las moléculas viajeras eran fluorescentes.

 

 

Transportar moléculas con carga de un sitio a otro

El siguiente reto de los investigadores es poder transportar otras moléculas de un lugar a otro de forma controlada y emular a la naturaleza consiguiendo que éstas también puedan llevar una carga, pero utilizando la luz como fuente de energía. «Este sistema podría utilizarse para realizar tareas químicas, quizás en dispositivos miniaturizados para detectar productos químicos, y también para la aplicación de fármacos activados por la luz», subraya Pérez-García.

Otra aplicación potencial sería en la búsqueda de nuevas formas de aprovechar la energía de la luz. «Ya que se trabaja desplazando a los viajeros de un lugar a otro, si captáramos la energía que produce este nuevo sistema, tendríamos una manera muy sencilla de conseguir energía», concluye la investigadora.

 

Imágenes de la máquina molecular artificial obtenidas por un microscopio de superresolución. Los cambios en la intensidad reflejan el movimiento molecular.

 

Artículo de referencia:

Samperi, M.; Bdiri, B.; Sleet, C. D. et al. «Light-controlled micron-scale molecular motion». Nature Chemistry, 2021, 13, 1200-1206. Doi: https://doi.org/10.1038/s41557-021-00791-2

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