En la naturaleza existen miles de millones de moléculas
y gracias al microscopio STM (de efecto túnel), que valió un premio
Nobel a IBM en 1986, se pueden estudiar para comprobar físicamente su
estructura, medir la fuerza de sus enlaces y ver si en la realidad son
como teóricamente han sido calculadas.
Sin embargo hay moléculas que son altamente reactivas, se conocen como moléculas efímeras,
y sólo se conocía su existencia teórica propuesta en 1902 dado a que
sólo existen en la naturaleza durante fracciones de segundo.
Los arinos forman parte de ese tipo de moléculas y
el método creado para su estudio en el IBM Research Center en Suiza que
hemos visitado ha permitido "capturar" por primera vez este tipo de
partículas, y se abren las posibilidades para usar la técnica en ámbitos
como es la biomedicina, creación de nanocintas de grafeno o manipulación de compuestos unimoleculares.
Buscando la molécula efímera desde 1902
Este avance se ha producido gracias a la colaboración de un equipo
mixto de investigadores del CiQUS (Centro Singular de Investigación en
Química Biológica y Materiales Moleculares de la Universidad de Santiago
de Compostela) y del IBM Research. El equipo ha conseguido demostrar la existencia de los arinos, cuya existencia fue sugerida por primera vez hace 113 años.
La química de los arinos ha sido clave en la síntesis de una gran
variedad de compuestos muy útiles, como los fármacos o los materiales
moleculares. El reto que presentan estas moléculas radica en que existen únicamente durante unos milisegundos, algo que hasta hoy hacía extremadamente difícil su estudio.
Ahora por fin se ha conseguido una imagen en tiempo real de una única
molécula del volátil arino. Esto ha sido posible gracias a la
manipulación molecular, átomo a átomo vía un microscopio de efecto túnel
(STM). Para estabilizar el proceso, dicha manipulación se lleva a cabo
sobre una capa de cloruro sódico a temperatura cercana al cero absoluto.
Tal y como comenta Diego Peña, Profesor Doctorado de la Universidad de Santiago de Compostela y CiQUS:
"Los arinos se estudian en las asignaturas de química
orgánica en grados universitarios por todo el mundo. Por tanto, es un
alivio descubrir que estas moléculas existen en realidad (...) Estamos
deseando comprobar qué nuevos retos químicos se pueden abordar mediante
esta combinación entre la síntesis orgánica y la Microscopía de Fuerza
Atómica (AFM)"
¿Cómo se ha conseguido medir la molécula de un arino?
Los investigadores usaron la técnica AFM para medir las interacciones
entre la punta del microscopio -que termina en una única molécula de
monóxido de carbono-, y la muestra, logrando de esta manera visualizar
la estructura molecular de los arinos por primera vez en la historia.
Imagen obtenida tras ser procesado el arino
El resultado obtenido fue una imagen con nitidez suficiente como para que sea posible el estudio de su naturaleza química y las pequeñas diferencias entre los distintos enlaces.
Este trabajo es fruto del proyecto europeo PAMS
(Planar Atomic and Molecular Scale Devices) que busca el desarrollo de
dispositivos electrónicos de tamaño nanométrico. Tal y como comenta el
Dr. Niko Pavlièek, físico en el IBM Research:
"Creemos que esta técnica tendrá mucha relevancia en el futuro de la química y de la electrónica"
Como se puede ver, estamos hablando de la cresta de la ola en cuanto a manipulación a nivel atómico
y podría dar lugar a la creación de moléculas con configuraciones
atómicas a la carta que aporten nuevas características a materiales o
dispositivos electrónicos.
