En el siglo XXI el mundo de la ciencia va a ser menor, seg\u00fan los que se dedican a la emergente \u00e1rea de la nanotecnologia molecular. Los especialistas del sector de las nanociencias pretenden dominar la manipulaci\u00f3n de mol\u00e9culas y de la menor part\u00edcula de materia capaz de conservar las caracter\u00edsticas qu\u00edmicas de un elemento: el \u00e1tomo.<\/p>\n
Ese es el prop\u00f3sito de Henrique Toma, del Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IQ-USP). En el proyecto\u00a0Desarrollo de Supermol\u00e9culas y Dispositivos Moleculares<\/em>, financiado por la FAPESP, Toma se dedica a criar en laboratorio sistemas estables en escala nanom\u00e9trica, lo que se denomina supermol\u00e9culas. Un nan\u00f3metro es igual a 10-9 metro, la mil mil\u00e9sima parte de un metro o la millon\u00e9sima parte de un mil\u00edmetro, en s\u00edntesis, un espacio donde caben como m\u00e1ximo diez \u00e1tomos.<\/p>\n En la manipulaci\u00f3n de la mayor\u00eda de las supermol\u00e9culas a las que se refiere el proyecto, el objetivo es reproducir en ellas alguna reacci\u00f3n qu\u00edmica presente en la naturaleza o en el cuerpo humano, como la fotos\u00edntesis – en la cual la planta utiliza la luz para convertir agua, di\u00f3xido de carbono y minerales en ox\u00edgeno y compuestos ricos en energ\u00eda – o las derivadas de la acci\u00f3n de enzimas.<\/p>\n En teor\u00eda, el control pleno de la nanotecnolog\u00eda molecular, un sue\u00f1o a\u00fan distante, le permitir\u00eda al hombre reordenar bloques \u00ednfimos de materia como le plazca. Y as\u00ed, rehacer mol\u00e9culas existentes o crear otras nuevas. “Casi no existe campo de la actividad humana en el cual la nanotecnolog\u00eda molecular no pueda serle \u00fatil al hombre, desde la producci\u00f3n de alimentos hasta el tratamiento de enfermedades”, dice Toma.<\/p>\n Vino equilibrado Esto \u00faltimo merece una explicaci\u00f3n: si se lo explota comercialmente, dicho sensor puede ser muy \u00fatil para los productores de vino. Las bodegas usan como conservante el sulfito – un antioxidante, sustancia capaz de retirar el aire de la bebida. Con todo, para evitar da\u00f1os a la salud, la cantidad de sulfito debe ser controlada constantemente.<\/p>\n En el prototipo desarrollado en colaboraci\u00f3n con L\u00facio Angnes, del IQ-USP, la pel\u00edcula de porfirina creada para servir como sensor reviste un tubito conectado a un electrodo. Cuando el vino entra en contacto con el sensor al escurrirse por el tubo, el electrodo acusa una corriente el\u00e9ctrica, por medio de la cual, indirectamente, se logra saber cu\u00e1l es la cantidad de sulfito en la bebida: cuanto mayor es la cantidad de sulfito, mayor es la corriente el\u00e9ctrica.Toma menciona dos ventajas del sensor de sulfito desarrollado en la USP con relaci\u00f3n a los equipamientos corrientes: costo bajo y medici\u00f3n inmediata. “El resultado sale en 30 segundos. Los m\u00e9todos tradicionales demoran hasta 40 minutos”, dice Toma. Adem\u00e1s, la medici\u00f3n se realiza en pocos mililitros de la bebida, lo que evita el desperdicio.<\/p>\n Equipamientos simples De manera general, su procedimiento en el m\u00e9todo de la inmersi\u00f3n podr\u00eda resumirse as\u00ed: Toma separ\u00f3 tres recipientes y llen\u00f3 el primero con una soluci\u00f3n de porfirina con carga el\u00e9ctrica positiva (en realidad, una mol\u00e9cula de porfirina conectada a cuatro mol\u00e9culas de rutenio, un metal raro usado para endurecer aleaciones de platino y paladio). En el segundo, derram\u00f3 un preparado de porfirina con carga negativa (una porfirina con otros cuatro grupos sulfona).<\/p>\n Y el tercero recibi\u00f3 agua. El siguiente paso consisti\u00f3 en tomar una l\u00e1mina de vidrio y sumergirla en los recipientes uno, dos y tres, en ese orden. Resultado: sobre la l\u00e1mina se form\u00f3 una pel\u00edcula de dos capas, la primera de porfirina positiva y la segunda de porfirina negativa (el agua sirve solo para retirar el exceso de ambos compuestos). La inmersi\u00f3n puede repetirse varias veces, ampliando as\u00ed el grosor de la pel\u00edcula resultante, que es un ejemplo de la qu\u00edmica de las supermol\u00e9culas.<\/p>\n Como se ve en el esquema del nuevo montaje de la supermol\u00e9cula, las dos porfirinas originales no se mezclan. Los \u00e1tomos de la soluci\u00f3n negativa se encajan sobre los de la soluci\u00f3n positiva, formando una nueva arquitectura molecular, un compuesto con propiedades totalmente diferentes a las de las sustancias que lo originaron. “La creaci\u00f3n de este compuesto es fruto de un proceso de ingenier\u00eda molecular. La supermol\u00e9cula no surgi\u00f3 por casualidad. Fue planeada”, afirma Koiti Araki.<\/p>\n Este sencillo procedimiento esconde un complicado razonamiento de arquitectura molecular. Antes del experimento, es necesario saber c\u00f3mo se reordenar\u00e1n estructuralmente los \u00e1tomos y las mol\u00e9culas al final de la reacci\u00f3n y si dicho reordenamiento ser\u00e1 permanente o transitorio.Es algo mucho m\u00e1s sutil y complejo que imaginar que el resultado de una reacci\u00f3n ser\u00e1 solo la suma de los \u00e1tomos intervinientes en el experimento. La estructura de la supermol\u00e9cula, la forma en que sus \u00e1tomos se entrelazan y crean la mara\u00f1a f\u00edsico-qu\u00edmica que les da origen, es tanto o m\u00e1s importante que su f\u00f3rmula qu\u00edmica.<\/p>\n Diamante y grafito Es precisamente esa arquitectura interna diferente la que hace al diamante un material transparente y con una dureza sin igual en la naturaleza, mientras que el grafito es oscuro, liso y quebradizo. Si un d\u00eda los nanotecn\u00f3logos logran el pleno dominio de las mol\u00e9culas, podr\u00e1n reorganizar los \u00e1tomos de grafito y transformarlos en diamante.<\/p>\n Hace m\u00e1s de un siglo que el hombre saca alg\u00fan provecho del mundo nano: la industria de neum\u00e1ticos, por ejemplo, usa nanopart\u00edculas de carbono para reforzar la goma de su producto. “El mundo nano est\u00e1 aqu\u00ed. Somos nosotros los que a\u00fan no nos dimos cuenta”, dice Elson Longo, investigador del Departamento de Qu\u00edmica de la Universidad Federal de San Carlos (UFSCar).<\/p>\n No obstante, las bases de la noci\u00f3n moderna de nanotecnologia molecular son m\u00e1s recientes. Al final de 1959, en la reuni\u00f3n anual de la Sociedad Americana de F\u00edsica, Richard P. Feynman profiri\u00f3 un discurso provocativo que entrar\u00eda a la historia como el puntapi\u00e9 inicial. “\u00bfPor qu\u00e9 no podemos escribir los 24 tomos de la Enciclopedia Brit\u00e1nica en la cabeza de un alfiler?”, fue una de sus frases m\u00e1s instigadoras.<\/p>\n Desde entonces se busca, m\u00e1s que la utilizaci\u00f3n de las posibles propiedades ben\u00e9ficas de nanopart\u00edculas, el poder actuar en el nivel nano: manipular los \u00e1tomos. Construir, reconstruir, perfeccionar y inventar mol\u00e9culas. Por ahora, la nueva ciencia vive de muchas promesas y modestos resultados pr\u00e1cticos. Para acelerar el ritmo, el Instituto Foresight de Palo Alto, en California, ech\u00f3 mano a una antigua y eficiente manera de estimular la inventividad: un buen premio en dinero.<\/p>\n Premio para menores Aunque lejos de producir un artefacto revolucionario como los pedidos, Toma ostenta un reconocimiento: en 1996, gan\u00f3 el premio de Qu\u00edmica de la Academia de Ciencias del Tercer Mundo, con sede en Italia, por sus estudios para el desarrollo de supermol\u00e9culas basadas en complejos polimet\u00e1licos.<\/p>\n Para avanzar m\u00e1s, Toma pretende instalar en su laboratorio un aparato b\u00e1sico del nanomundo: un microscopio de fuerza at\u00f3mica y tunelamiento. Esas dos t\u00e9cnicas de microscop\u00eda permiten visualizar e intervenir en cada \u00e1tomo de una mol\u00e9cula, aunque de manera precaria. Si los adeptos de la nanotecnologia molecular fueran astr\u00f3nomos, seg\u00fan Toma, el microscopio de tunelamiento y fuerza at\u00f3mica ser\u00eda su telescopio m\u00e1s potente.<\/p>\n Admirable nanomundo nuevo Un delirio, seg\u00fan los esc\u00e9pticos. Mucho peor, dicen los apocal\u00edpticos: si se logra el completo dominio de los \u00e1tomos, el hombre podr\u00e1 provocar la destrucci\u00f3n de su propia especie e incluso la del planeta. A decir verdad, el dominio pleno del universo de las mol\u00e9culas a\u00fan est\u00e1 lejos. Zyvex, una de las nuevas compa\u00f1\u00edas del sector en California, estima que en cinco o diez a\u00f1os pondr\u00e1 alguna invenci\u00f3n en el mercado, pero no sabe cu\u00e1l. Al fin y al cabo, argumenta, en 2005 o 2010 las personas tendr\u00e1n necesidades diferentes de las actuales.<\/p>\n Brasil convoca a interesados Hasta ahora, existen iniciativas aisladas en S\u00e3o Paulo y otros estados, con trabajos que podr\u00edan incluirse en el marco de una amplia iniciativa nacional. El pa\u00eds a\u00fan no tiene un programa nacional de nanociencias, pero parece que ser\u00e1 por poco tiempo. El 22 de noviembre pasado, el Consejo Nacional de Desarrollo Cient\u00edfico y Tecnol\u00f3gico (CNPq) convoc\u00f3 a una reuni\u00f3n en Brasilia para interesados en participar en un posible programa nacional de nanotecnolog\u00eda. Se presentaron 32 investigadores. Al final del encuentro, se form\u00f3 una comisi\u00f3n que est\u00e1 recibiendo sugerencias para el programa, que se lanzar\u00eda en el segundo semestre de 2001.<\/p>\n El amplio mundo de las nanociencias se dividi\u00f3 en tres grupos tem\u00e1ticos, como en el programa americano: 1) nanodispositivos, nanosensores, nanoelectr\u00f3nica (semiconductores, materiales magn\u00e9ticos, nanotubos, optoelectr\u00f3nica, fot\u00f3nica); 2) materiales nanoestructurados; y 3) nanobiotecnolog\u00eda\/nanoqu\u00edmica. “Estamos intentando detectar las \u00e1reas deficitarias de la ciencia nacional. Sabemos que nanotecnolog\u00eda es un sector emergente y muy importante. Con este encuentro, pudimos sentir el inter\u00e9s de la comunidad cient\u00edfica. Ahora queremos mapear en detalle qui\u00e9nes ya est\u00e1n haciendo y qu\u00e9 se est\u00e1 haciendo en ese campo, para despu\u00e9s formular posiblemente un programa nacional”, dice Celso Pinto de Melo, director de pol\u00edticas horizontales e instrumentales del CNPq. El domicilio electr\u00f3nico de la comisi\u00f3n,\u00a0nano@cnpq.br<\/a>, recibe los e-mails de los interesados.<\/p>\n EL PROYECTO<\/strong>
\n<\/strong>Uno de los compuestos que Toma m\u00e1s utiliza son las porfirinas, un tipo de pigmento abundante en la naturaleza y que act\u00faa en varios procesos biol\u00f3gicos. En el hombre, por ejemplo, porfirinas ricas en hierro est\u00e1n presentes en la hemoglobina y son responsables del transporte y almacenamiento de ox\u00edgeno en los tejidos vivos. Son ellas las que generan la tonalidad roja de la sangre y los m\u00fasculos.Y las plantas verdes se distinguen por la presencia de una sustancia derivada de las porfirinas: la clorofila, esencial para la fotos\u00edntesis.A partir de la combinaci\u00f3n de dos tipos de porfirina, Toma y su colega en el Departamento de Qu\u00edmica Fundamental del IQ-USP, Koiti Araki, produjeron algunos compuestos interesantes. Uno de ellos fue una supermol\u00e9cula que se organiza espont\u00e1neamente formando una pel\u00edcula fotoqu\u00edmica (que reacciona ante la luz) o catal\u00edtica (capaz de acelerar una reacci\u00f3n qu\u00edmica). Otro compuesto forma un film molecular que funciona como sensor de sulfito: un descubrimiento que vale un brindis.<\/p>\n
\n<\/strong>No siempre es necesario recurrir a equipamientos de \u00faltima generaci\u00f3n para producir supermol\u00e9culas. Para crear algunas de sus supermol\u00e9culas de porfirina – material de consumo encontrado en cualquier laboratorio – Toma y Koiti solo usaron, adem\u00e1s de los reactivos, l\u00e1minas de vidrio y tres recipientes con soluciones. Y siguieron un m\u00e9todo igualmente sencillo de construcci\u00f3n de compuestos: el de la inmersi\u00f3n.<\/p>\n
\n<\/strong>La comparaci\u00f3n de diamante y grafito es un buen ejemplo. Ambos son minerales formados \u00fanicamente por \u00e1tomos de carbono, solo que estructurados de manera totalmente diferente. El grafito se estructura en capas de anillos de seis \u00e1tomos, ordenados en l\u00e1minas horizontales distantes entre s\u00ed. En el diamante, cada \u00e1tomo se conecta a otros cuatro equidistantes, en una arquitectura cerrada, densa y resistente, en forma de cristal tetra\u00e9drico u octa\u00e9drico.<\/p>\n
\n<\/strong>El investigador o grupo que primero dise\u00f1e y construya dos dispositivos: un brazo rob\u00f3tico que se acople a un cubo de como m\u00e1ximo 100 nan\u00f3metros de dimensi\u00f3n y sea capaz de manipular \u00e1tomos y mol\u00e9culas en estructuras mayores, y una especie de computadora que se encaje en un cubo de hasta 50 nan\u00f3metros y desempe\u00f1e id\u00e9nticas funciones que una calculadora de 8 bits llevar\u00e1 a casa el Gran Premio Feynman y 250 mil d\u00f3lares. El desaf\u00edo fue lanzado en 1996 y continua v\u00e1lido. Ya se admite que el Foresight elevar\u00eda el premio a un mill\u00f3n de d\u00f3lares en caso de recibir donacionessuficientes.<\/p>\n
\n<\/em><\/strong>Muchas cosas cambiar\u00e1n si los cient\u00edficos y tecn\u00f3logos de la nanociencia logran producir sus inventos. No faltan ejemplos te\u00f3ricos. Nanocompuestos ingeridos por el ser humano velar\u00edan por mantener el organismo saludable, desobstruyendo arterias y combatiendo agentes infecciosos. Nanorrobots producir\u00edan combustible a bajo costo, sin agredir el ambiente o consumir sus recursos. Nanotubos de carbono tomar\u00edan el lugar de los transistores y reemplazar\u00edan al silicio en la fabricaci\u00f3n de potentes nanochips. El invento supremo ser\u00eda una f\u00e1brica de estructuras moleculares: un montador de mol\u00e9culas capaz de fabricar cualquier compuesto, incluso copias de s\u00ed mismo.<\/p>\n
\n<\/em><\/strong>A juzgar por las inversiones que los pa\u00edses desarrollados comienzan a hacer en el \u00e1rea, la ciencia de lo peque\u00f1o ya se ha convertido en un campo de investigaci\u00f3n millonario. En octubre \u00faltimo, el Congreso de Estados Unidos aprob\u00f3 una partida presupuestaria anual de casi 500 millones de d\u00f3lares que el gobierno hab\u00eda pedido para lanzar su Programa Nacional de Nanotecnolog\u00eda. En 2001, Jap\u00f3n pretende gastar 400 millones de d\u00f3lares en nanociencia, un 41% m\u00e1s que en 2000. Los europeos sostienen iniciativas aisladas y conjuntas, tambi\u00e9n impulsadas por grandes inversiones. Pero, \u00bfy Brasil?<\/p>\n
\nDesarrollo de Supermol\u00e9culasy Dispositivos Moleculares<\/em>
\nModalidad<\/strong>
\nProyecto tem\u00e1tico
\nCoordinador<\/strong>
\nHenrique Toma – Instituto deQu\u00edmica de la USP
\nInversi\u00f3n<\/strong>
\nR$ 104.000,00 y US$ 186.000,00<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Investigaci\u00f3n que interviene en la estructura de bloques \u00ednfimos de materia produce compuestos como un sensor para conservantes de vinos","protected":false},"author":13,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[101],"class_list":["post-73257","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/73257","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/13"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=73257"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/73257\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=73257"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=73257"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=73257"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=73257"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}