octubre 18, 2021

Materiales sintéticos programables

Materiales sintéticos programables. Las moléculas artificiales podrían algún día formar la unidad de información de un nuevo tipo de computadora o ser la base de sustancias programables. La información se codificaría en la disposición espacial de los átomos individuales, de manera similar a cómo la secuencia de pares de bases determina el contenido de información del ADN, o las secuencias de ceros y unos forman la memoria de las computadoras.

materiales sintéticos programables
Varillas de MOF multivariantes (izquierda) se pueden programar con diferentes átomos de metal (bolas de colores) para realizar una serie de tareas, como la liberación controlada de fármacos, o codificar información como los unos y los ceros de una computadora digital. (Imagen de UC Berkeley por Omar Yaghi y Zhe Ji)

Investigadores de la Universidad de California, Berkeley y Ruhr-Universität Bochum (RUB) han dado un paso hacia esta visión. Demostraron que la tomografía con sonda de átomo se puede utilizar para leer una disposición espacial compleja de iones metálicos en estructuras organometálicas multivariadas.

Estructuras metalorgánicas (MOF)


Las estructuras metalorgánicas (MOF) son redes porosas cristalinas de nodos de múltiples metales unidos entre sí por unidades orgánicas para formar una estructura bien definida. Para codificar información utilizando una secuencia de metales, es esencial poder leer primero la disposición de los metales. Sin embargo, leer el arreglo fue un gran desafío. Recientemente, el interés en caracterizar secuencias de metales está creciendo debido a la amplia información que podrían ofrecer tales estructuras multivariadas.

Fundamentalmente, no existía un método para leer la secuencia de metales en los MOF. En el estudio actual, el equipo de investigación lo ha hecho con éxito mediante el uso de tomografía con sonda atómica (APT), en la que el científico de materiales de Bochum, Tong Li, es un experto. Los investigadores eligieron MOF-74, realizado por el grupo Yaghi en 2005, como objeto de interés. Diseñaron los MOF con combinaciones mixtas de cobalto, cadmio, plomo y manganeso, y luego descifraron su estructura espacial utilizando APT.

Materiales sintéticos programables: Tan sofisticado como la biología

En el futuro, los MOF podrían formar la base de moléculas químicas programables: por ejemplo, un MOF podría programarse para introducir un ingrediente farmacéutico activo en el cuerpo para atacar las células infectadas y luego descomponer el ingrediente activo en sustancias inofensivas una vez que ya no sea necesario. O los MOF podrían programarse para liberar diferentes fármacos en diferentes momentos.

«Esto es muy poderoso, porque básicamente estás codificando el comportamiento de las moléculas que salen de los poros«, dijo Yaghi.

También podrían utilizarse para capturar CO2 y, al mismo tiempo, convertir el CO2 en una materia prima útil para la industria química.

«A largo plazo, estas estructuras con secuencias atómicas programadas pueden cambiar completamente nuestra forma de pensar sobre la síntesis de materiales», escriben los autores. “El mundo sintético podría alcanzar un nivel completamente nuevo de precisión y sofisticación que antes estaba reservado para la biología”.

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