Nanomotores, abriendo horizontes

La nanotecnología tiene su origen en una charla de 1959 de Richard Feynman titulada There's plenty of room at the bottom, cuya transcripción está en este enlace. Un extracto dice así:

“quiero referirme al problema de la manipulación y control de cosas a pequeña escala…lo que he demostrado es que hay lugar para ello, que es posible disminuir de forma práctica el tamaño de las cosas. Ahora quiero mostrar que hay sitio de sobra. No voy a ocuparme del modo en que vamos a hacerlo, sino sólo que es, en principio, posible. No lo estamos haciendo, sencillamente porque todavía no nos hemos puesto a ello".

Esta charla se repitió versionada en un vídeo de 1984, adjunto a continuación:

A partir de aquí se han hecho muchos desarrollos en esta disciplina, pero en este artículo quiero llamar la atención sobre los motores moleculares. Su nombre les da un aire muy rinbombante, lo cual es una mala idea a la hora de explicar cualquier cosa.

Fuente

Pero vamos, como el lector se imaginará, se trata de un motor logrado con la molécula adecuada y su posterior tratamiento. No hay que pensar en el clásico motor térmico, sino en algo que transforma un tipo de energía en movimiento. El motor molecular más antiguo que me he encontrado ha sido uno de 1999. ¿En qué consistía el desarrollo? Corrió a cargo del investigador Ross Kelly y enviado a la revista Nature. Técnicamente, es un rotor de 3 palas que giran a pulsos en distintos pulsos de 120º, hasta completar la vuelta completa.

En la imagen, se puede ver cómo hay 3 aspas, representadas en la parte clara del dibujo. La parte oscura hace de "tope", es decir, bloquea el giro de cada una de esas palas.

Gira en una dirección, alrededor de un único eje, y lo que hace que gire es la reacción química del carbonyl dichloride (algo que por mis conocimientos de química, no me atrevo a entrar en más detalles). 

En este caso, en la figura de arriba, la parte clara del motor es tripticeno, y la oscura, heliceno. Como todo buen motor, tiene una resistencia al giro, es decir, el aporte energético que hay que suministrar para que funcione, y en este caso es de 25 kCal/mol. Concretamente, el ciclo de energía según el ángulo de giro del motor es el siguiente:

Finalmente, una explicación del autor de la idea se puede ver en este vídeo (entre 35:30 - 39.00). Posteriormente, han aparecido otras ideas llamativas para los medios, como éste de la universidad de Groningen en 2005,  o este motor eléctrico de 2011 de la universidad de Tufts. La investigación persigue la mayor comprensión de cómo los músculos y fibras transforman su energía en movimiento.

Se trata de motores sintéticos que intentan imitar a los procesos químicos de los músculos y células de los seres vivos. Por lo tanto, su comprensión resulta esencial para posibles copias naturales de bíceps u otros elementos que transforman energías y estímulos químicos en movimientos. De hecho, la Wikipedia hace distinción entre motores moleculares sintéticos y no sintéticos. Por ejemplo, la miosina está involucrada en la contracción de músculos, y hay estudios tratando de replicarla artificalmente.

Es una apuesta de futuro que no sabemos a dónde nos puede llevar, al igual que no imaginábamos que el motor de combustión transformaría la sociedad. De entrada, la Universidad de Stanford ya tiene un grupo de investigación dedicado exclusivamente a estos temas y cada vez es más normal encontrar en revistas científicas artículos relacionados, o éste de la revista Science en el que un grupo de investigación vasco usa el ruido de una molécula de Hidrógeno puede movir un oscilador mecánico.

Todavía el estado del arte se ha parado en el control de los movimientos, velocidades y trayectorias de los motores, pero su conocimiento podría ser aplicable no sólo a seres vivos.

Referencias
[1] Kelly, T.R., De Silva, H. and Silva, R.A., Unidirectional rotary motion in a molecular system, Nature 401, 150, 1999.

[2] Ernst KH.  Molecular motors: A turn in the right direction. Nature Nanotechnol. 2013 Jan;8(1):7-8.