Gran avance: Científicos desarrollan moléculas artificiales que se comportan como las reales

Los usos de esta nueva técnica son infinitos: "Sólo hemos empezado a imaginar para qué podemos utilizarla. Tenemos tantas ideas..."

12.06.2023 - Países Bajos
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Imagen simbólica

Científicos de la Universidad Radboud han desarrollado moléculas sintéticas que se asemejan a las moléculas orgánicas reales. Una colaboración de investigadores, dirigidos por Alex Khajetoorians y Daniel Wegner, puede ahora simular el comportamiento de moléculas reales utilizando moléculas artificiales. De este modo, pueden modificar las propiedades de las moléculas de formas que normalmente son difíciles o poco realistas, y pueden entender mucho mejor cómo cambian las moléculas.

Emil Sierda, encargado de realizar los experimentos en la Universidad de Radboud: "Hace unos años tuvimos la loca idea de construir un simulador cuántico. Queríamos crear moléculas artificiales que se parecieran a las reales. Así que desarrollamos un sistema en el que podemos atrapar electrones. Los electrones rodean una molécula como una nube y utilizamos esos electrones atrapados para construir una molécula artificial". Los resultados que obtuvo el equipo fueron sorprendentes. Sierda: "El parecido entre lo que construimos y las moléculas reales era asombroso".

Moléculas cambiantes

Alex Khajetoorians, jefe del departamento de Microscopía de Barrido (SPM) del Instituto de Moléculas y Materiales de la Universidad de Radboud: "Crear moléculas ya es bastante difícil. Lo que suele ser más difícil es comprender cómo reaccionan determinadas moléculas, por ejemplo, cómo cambian cuando se retuercen o alteran". Cómo cambian y reaccionan las moléculas es la base de la química y da lugar a reacciones químicas como la formación de agua a partir de hidrógeno y oxígeno. Queríamos simular moléculas para disponer de herramientas que nos permitieran doblarlas y ajustarlas de formas casi imposibles con moléculas reales. De este modo, podemos decir algo sobre las moléculas reales, sin crearlas o sin tener que enfrentarnos a los retos que plantean, como sus constantes cambios de forma".

Benceno

Con este simulador, los investigadores crearon una versión artificial de una de las moléculas orgánicas básicas de la química: el benceno. El benceno es el componente de partida de una gran cantidad de sustancias químicas, como el estireno, que se utiliza para fabricar poliestireno. Khajetoorians: "Al fabricar benceno, simulamos una molécula orgánica de libro de texto, y construimos una molécula que está formada por elementos que no son orgánicos". Además: las moléculas son 10 veces más grandes que sus homólogas reales, lo que facilita el trabajo con ellas.

Aplicaciones prácticas

Los usos de esta nueva técnica son infinitos. Daniel Wegner, profesor adjunto del departamento de SPM: "Sólo hemos empezado a imaginar para qué podemos utilizar esto. Tenemos tantas ideas que es difícil decidir por dónde empezar". Con el simulador, los científicos podrán comprender mucho mejor las moléculas y sus reacciones, lo que ayudará en todos los campos científicos imaginables. Wegner: "Los nuevos materiales para el futuro hardware informático son realmente difíciles de fabricar, por ejemplo. Haciendo una versión simulada, podemos buscar las propiedades y funcionalidades novedosas de ciertas moléculas y evaluar si merecerá la pena fabricar el material real". En un futuro lejano, todo tipo de cosas serán posibles: entender las reacciones químicas paso a paso como en un vídeo a cámara lenta, o fabricar dispositivos electrónicos artificiales de una sola molécula, como reducir el tamaño de un transistor en un chip de ordenador. Incluso se sugiere que los simuladores cuánticos funcionen como ordenadores cuánticos. Sierda: "Pero queda mucho camino por recorrer, por ahora podemos empezar por empezar a entender las moléculas de una forma que nunca antes habíamos entendido".

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