14.07.2020 - University of Vermont

Invención: La herramienta "Nanocage" desenreda los espaguetis (moleculares)

"Nanocaja" - una herramienta que puede atrapar y enderezar los ovillos de polímeros del tamaño de una molécula

Un equipo de científicos de la Universidad de Vermont ha inventado una nueva herramienta - la llaman "nanocaja" - que puede atrapar y enderezar los enredos de polímeros del tamaño de una molécula.

Una vez que una hebra de polímero nudoso - ya sea de proteína o de plástico - se abre "entonces podemos activar sólo los polímeros que queremos, dejando el resto en paz", dice el químico de la UVM Severin Schneebeli, quien dirigió la nueva investigación. Esta herramienta - que funciona un poco como tirar de un fajo de hilo a través del agujero de una aguja - "abre una nueva forma de crear materiales personalizados que nunca se han hecho antes", dice. Estos pueden incluir revestimientos de píldoras a nanoescala que envuelven moléculas individuales de medicina o nuevos productos industriales ensamblados a partir de hilos de plástico dispuestos con precisión a escala atómica.

La herramienta, compuesta de bordes moleculares con enlaces de hidrógeno especiales "que dirigen la forma" -y miles de veces más pequeños que la cabeza de un alfiler- puede seleccionar las hebras más cortas de un polímero, dejando las más largas atrás, demostrando que la nanocaja puede utilizarse para encontrar selectivamente tamaños particulares de moléculas en una sopa de material. "Es selectivo y eso nunca se ha hecho antes", dice Schneebeli. Esta investigación es la primera vez que la ciencia ha sido capaz de distinguir y activar cadenas de polímeros de diferente tamaño en un laboratorio, abriendo la puerta a nuevas posibilidades para la química de precisión.

La nueva investigación fue publicada en la edición de junio de la revista Chem.

LA NATURALEZA SABE

Las habilidades de la nanocaja son nuevas para la ciencia, pero no para la naturaleza. Durante miles de millones de años, la vida ha desarrollado formas de seleccionar sólo el trozo de proteína u otro nudo biológico que quiere desatar y encender, lo que los científicos llaman "funcionalizar". Pero a la gente le ha costado mucho hacer lo mismo. "A pesar de los muchos ejemplos en biología", escriben los científicos de la UVM, "la modificación eficiente y selectiva de los polímeros hechos por el hombre sigue siendo difícil".

Ya sea alterando las cadenas biológicas, como el ADN, o los materiales industriales, como los plásticos, la nueva herramienta en forma de tetraedro promete permitir a los científicos hacer lo que la naturaleza ya hace bien. "Llevó años de duro trabajo en el laboratorio para ensamblar este tetraedro antes de que pudiéramos probarlo", dice Mona Sharafi, la autora principal del nuevo estudio, e investigadora postdoctoral de la Universidad de Vermont que llegó a los Estados Unidos desde Irán. "Está completamente hecho por el hombre", dice, "pero inspirado por la naturaleza".

POLÍMEROS POTENTES

La palabra polímero viene de un par de palabras griegas que significan "muchas partes". Y los polímeros son justamente eso: materiales hechos de enormes moléculas compuestas de muchas partes que se repiten. Se encuentran en muchos productos cotidianos. Algunos son naturales, como el caucho y la goma laca. Muchos son sintéticos, y se utilizan para producir gran parte del material en la vida cotidiana, desde bolsas de compras hasta pañales, ropa y tuberías de agua. Los polímeros se pueden encontrar en largas cuerdas ordenadas a nivel molecular... o se pueden atar en nudos espantosos como mil millones de hebras de micro espaguetis...

La naturaleza ha tenido eones para averiguar cómo sintetizar estas enormes moléculas - biopolímeros, como el ADN - y cómo editar y activar porciones seleccionadas. La gente se ha vuelto muy buena en la fabricación de nuevos polímeros sintéticos, pero no tan buena en la selección y edición de los mismos. Muchos científicos e ingenieros--trabajando en nuevas aplicaciones para la energía renovable (por ejemplo, células solares de nueva generación), medicina de precisión (como la entrega de drogas contra el cáncer a partes específicas del cuerpo) y electrónica avanzada (incluyendo dispositivos flexibles)--querrían tener un mayor control y eficiencia trabajando con lo que el equipo de UVM llama "polímeros funcionales con topologías complejas". Con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias y los Institutos Nacionales de Salud (que apoyaron los estudios computacionales, dirigidos por el químico de la UVM Jianing Li), la investigación sobre la nanocaja proporciona una nueva herramienta para hacerlo: "para desatar el nudo, abriendo polímeros que antes habrían sido inaccesibles", dice Mona Sharafi de la UVM. "Hemos abierto algo grande".

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