Cuando el pasado mes de octubre la Academia sueca anunció el Premio Nobel de Química, muchos se sorprendieron al comprobar cómo el trabajo de Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart y Bernard L. Feringa había permitido sintetizar las máquinas más pequeñas del mundo. Entre el elenco de galardonados, sin embargo, faltaba el nombre de David Leigh, un investigador de la Universidad de Manchester que no pudo recibir el Nobel dado que las normas sólo permiten reconocer a tres personas. A pesar de quedarse a las puertas del mayor premio científico, Leigh ha seguido trabajando en los últimos meses hasta lograr un avance invisible a los ojos.
El grupo que dirige en la Universidad de Manchester ha conseguido atar el nudo molecular más apretado jamás logrado en un laboratorio. Su estudio ha sido publicado en la revista Science. La estructura física es un paso importante para diseñar en un futuro nuevos materiales más resistentes, ligeros y flexibles que los que existen en la actualidad. Los nudos moleculares están presentes en el ADN o en algunos tipos de proteínas, pero su construcción sintética no es sencilla. El principal objetivo del diseño artificial de estas trenzas es comprender sus propiedades, para luego tratar de diseñar nuevos materiales.
El nudo más apretado jamás hecho
"Es la estructura anudada más apretada jamás hecha y el primer nudo molecular de tres cadenas", comenta David Leigh a Hipertextual. El científico explica que utilizaron una técnica de auto-ensamblaje para trenzar el nudo molecular. "Los hilos se tejen alrededor de iones metálicos, formando puntos de cruce en los lugares correctos, al igual que en el tejido, y los extremos de los hilos se fusionan gracias a un catalizador químico para cerrar el bucle y formar el nudo completo", relata. Es la primera vez que se logra atar un nudo molecular con ocho entrecruzamientos, de forma que la estructura presenta un tamaño de apenas veinte nanómetros.
Pablo Ballester, científico del Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ), explica que las dimensiones del nudo molecular, en comparación con un nudo visible a simple vista, serían similares a la relación que guarda una pelota de tenis con el planeta Tierra. O, lo que es lo mismo, la estructura presenta un tamaño igual a una millonésima parte del diámetro de un pelo. "Estas estructuras anudadas pueden ayudarnos a entender las propiedades de materiales que aún no comprendemos del todo", dice a Hipertextual.
"El caucho, por ejemplo, es el polímero que se usa en los neumáticos porque tiene mucha elasticidad. Se cree que nudos moleculares están detrás de esa propiedad elástica, pero necesitamos estructuras sintéticas para poder estudiar qué ocurre realmente", apunta Ballester. La fabricación de estos nudos invisibles no es sencilla: los investigadores deben programar las moléculas con una información en su estructura y luego dejarlas en disolución para que se autoensamblen siguiendo ese código.
"Si lo comparamos con los castells de Catalunya, vemos que hay una estructura tridimensional en la que las personas ocupan diferentes posiciones: los niños están en la parte superior de la torre, los hombres en la posición más baja y las mujeres en la zona intermedia. A la hora de erigir un castell, cada participante sabe qué lugar ocupa en la torre humana. Lo mismo sucede aquí, se codifica la estructura y cada molécula conoce dónde debe estar, de forma que una vez posicionadas, los científicos deben realizar una reacción química para que se unan de manera covalente e irreversible", explica el investigador del ICIQ.
"Como saben todos los pescadores y marineros, los diferentes tipos de nudos tienen distintas características que los hacen más o menos adecuados para una tarea particular. Haciendo diferentes tipos de nudos moleculares podemos averiguar más acerca de sus propiedades", añade Leigh. En opinión de Ballester, el trabajo publicado en Science puede servir para diseñar nuevos materiales más flexibles, ligeros y resistentes en el futuro o incluso desarrollar fármacos innovadores. "El desafío es que a partir de las diferentes piezas que tenemos ahora, podamos ir encajándolas para crear máquinas que transformen el movimiento en trabajo e investigar más acerca de las propiedades de los nudos", sostiene. Leigh podría haber sido uno de los premios Nobel de 2016, y pese a no lograrlo, se mantiene en la brecha con nuevos e importantes avances para la Química.