Un nanobrazo de ADN controlado mediante campos eléctricos gira entre dos puntos (en rojo y en azul) a una velocidad de 25 rotaciones por segundo [Enzo Kopperger/Universidad Técnica de Múnich].
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Máquinas moleculares
El nóbel de química de 2016 premió a Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart y Bernard Feringa por el desarrollo de máquinas moleculares, estructuras nanométricas con movimientos controlables que pueden realizar una tarea cuando se les suministra energía. ¿Cómo se construyen estos diminutos aparatos a partir de rotaxanos, catenanos, ADN y otras piezas de lego molecular? ¿Cómo opera un nanomotor? ¿Y un chip molecular? Este monográfico digital (PDF) arroja luz sobre estas y otras cuestiones que plantea la revolucionaria miniaturización de las máquinas.
Unos investigadores de la Universidad Ludwig Maximilian y de la politécnica de Múnich han creado una nueva técnica de propulsión eléctrica para nanorrobots. Esta innovación,presentada en un artículo de Science, permite que las máquinas moleculares se muevan cien mil veces más deprisa de lo que era posible con los procesos bioquímicos que se usaban hasta ahora.
Hoy ya es posible proyectar y construir, y con un coste reducido, nanorrobots moleculares que desempeñan diversas funciones, basándose, por ejemplo, en el llamado origami (como en el arte japonés de plegar papel) de ADN. Esta técnica sirve para crear estructuras de ADN dotadas de una forma tridimensional específica y promete revolucionar las técnicas de análisis de las muestras bioquímicas y la producción de sustancias farmacológicas.
En realidad, sin embargo, esas máquinas moleculares no se han empleado aún a gran escala porque son demasiado lentas. Para ejecutar sus tareas concretas (por ejemplo, recoger, transportar y ensamblar moléculas) se las activa exponiéndolas a enzimas específicas y otros compuestos bioquímicos, o, más raramente, con pulsos de luz, y para llevar a término cada una de estas acciones hacen falta varios minutos, horas incluso a veces. Todo esto impide el establecimiento de líneas de montaje moleculares eficientes.
«Nuestro objetivo era eliminar la conmutación bioquímica de la nanomáquina y recurrir, en cambio, a las interacciones directas entre las estructuras del ADN y los campos eléctricos», explica Friedrich Simmel, que ha dirigido la investigación.
Los nanorrobots construidos por el grupo de Múnich tienen una base cuadrada rígida, de 55 nanómetros de lado, hecha de pequeñas moléculas de ADN. Sobre esta base se fija un «brazo» que mide 400 nanómetros de largo, formado por dos dobles hélices de ADN que puede rotar en diversas direcciones. El movimiento del brazo se controla variando un campo eléctrico, lo cual es posible porque las moléculas que componen el ADN tiene carga negativa. Una molécula de ADN que se proyecta desde la base bloquea el brazo en puntos predefinidos, mientras que un filamento de la doble hélice del brazo permite aferrar la molécula blanco y transportarla, cuando se hace que el brazo rote, a otra posición.
Los autores han demostrado también la capacidad que tiene su nanorrobot de transportar nanopartículas hacia delante y hacia atrás. Este sistema robótico, observan los investigadores, es veloz y se puede controlar con un ordenador. Y es fácil cambiar su escala: en los ensayos que han puesto a prueba la eficiencia del sistema, Simmel y sus colaboradores han controlado con técnicas de microscopía de fluorescencia el funcionamiento de un millar de nanorrobots, pero la plataforma en la que estaban colocados contenía varios millones.
Le Scienze
Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Le Scienze.
Referencia: «A self-assembled nanoscale robotic arm controlled by electric fields», de Enzo Kopperger et al en Science, vol. 359, núm. 6373, págs. 296-301, 19 de enero de 2017.
