01.02.2022 - Ruhr-Universität Bochum

Máquina molecular en una nano jaula

Menudo juguete: un diminuto giroscopio que cabría en una célula humana y que se puede controlar desde el exterior

En colaboración con un equipo internacional del Instituto de Ciencias Básicas de Corea del Sur, los químicos teóricos Dr. Chandan Das y el profesor Lars Schäfer de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) han construido un giroscopio molecular que puede controlarse a distancia mediante la luz. También han conseguido caracterizar los movimientos de rotación de esta nanomáquina sintética con simulaciones por ordenador. Los autores describen sus hallazgos en la revista "Chem", publicada en línea el 18 de enero de 2022.

Navegación de aviones y satélites

Las máquinas encerradas en una jaula o carcasa pueden presentar interesantes propiedades. Por ejemplo, pueden convertir su entrada de energía en funciones programadas. El giroscopio mecánico es uno de estos sistemas, un curioso juguete con capacidad para girar continuamente. Algunas aplicaciones prácticas de los giroscopios son los sistemas de navegación de aviones y satélites y los ratones inalámbricos para ordenadores, por nombrar sólo algunas. "Además del rotor, otra ventaja de los giroscopios es su carcasa, que alinea el rotor en una dirección determinada y lo protege de los obstáculos", describe Lars Schäfer.

A nivel molecular, muchas proteínas actúan como nanomáquinas biológicas. Se encuentran en todas las células biológicas y realizan acciones o funciones precisas y programadas dentro de un entorno confinado. Estas máquinas pueden ser controladas por estímulos externos. "En el laboratorio, la síntesis y caracterización de estructuras y funciones tan complejas en un sistema molecular artificial supone un enorme reto", afirma Schäfer.

Construido como un barco en una botella

En colaboración con un equipo dirigido por el profesor Kimoon Kim, del Instituto de Ciencias Básicas de Pohang (Corea del Sur), los investigadores han conseguido encerrar un rotor supramolecular en una molécula de jaula de porfirina con forma de cubo. Normalmente, encajar un rotor completo en este tipo de jaulas es complicado por el tamaño limitado de las ventanas de la jaula. En un esfuerzo por superar estas limitaciones, los químicos sintéticos de Corea del Sur desarrollaron una nueva estrategia que primero introdujo un eje lineal en la jaula, que luego se modificó con un brazo lateral para construir un rotor. "Es una reminiscencia de la construcción de un barco en una botella", ilustra Chandan Das, quien, junto con Lars Schäfer, realizó simulaciones informáticas de dinámica molecular para describir el movimiento de rotación del rotor en la jaula con detalle atómico.

"Nuestros compañeros de colaboración hicieron la interesante observación de que el movimiento del rotor en la jaula podía ponerse en marcha y también apagarse de nuevo mediante la luz como estímulo externo, al igual que con un mando a distancia", describe Schäfer. Los investigadores lo consiguieron utilizando luz en el rango UV y visible para acoplar una molécula fotosensible a la jaula desde el exterior y desacoplarla de nuevo.

Cómo se mueve el giroscopio molecular

Pero, ¿cómo funciona y qué movimientos realiza el giroscopio molecular después de encenderse de esta manera? "Las simulaciones informáticas de dinámica molecular muestran que la molécula del rotor en la jaula presenta una dinámica estocástica, caracterizada por saltos aleatorios de 90 grados del brazo lateral del rotor desde un lado del cubo a otro adyacente", tal y como explica Chandan Das los resultados de los cálculos teóricos, que pueden así dilucidar las observaciones espectroscópicas.

Los investigadores esperan que el concepto de encerrar nanomáquinas moleculares en una jaula molecular y controlar a distancia sus funciones contribuya a la comprensión del funcionamiento de las nanomáquinas biológicas y al desarrollo de herramientas moleculares inteligentes.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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