¿Qué son y para qué sirven las nanomáquinas?

Las sorprendentes e innovadoras máquinas moleculares, llamadas nanomáquinas por los científicos, son mucho más pequeñas que una ínfima mota de polvo y extremadamente eficientes energéticamente. Así como sucede con los componentes internos de una máquina mecánica, las moléculas de una nanomáquina tienen un comportamiento similar y pueden desplazarse entre ellas mismas actuando independientemente como ruedas y engranajes.

El descubrimiento de las nanomáquinas

Las primeras pruebas y ensayos para construir máquinas extremadamente pequeñas se hicieron en la década de 1980. Pero no fue hasta el año 2016 cuando tres pioneros del diseño y síntesis de máquinas moleculares fueron por ello premiados con el Nobel de Química. El premio Nobel fue compartido en esa oportunidad, por el francés Jean-Pierre Sauvage, el estadounidense Sir Fraser Stoddart y el holandés Bernard L. Feringa, por haber creado un exclusivo y original diseño para la producción de máquinas moleculares.

Sauvage fue quien demostró cómo terminar dos moléculas en forma de anillo, como bucles en una cadena y Stoddart descubrió diferencias electromagnéticas entre el anillo y el eje. Estas lograron que el anillo se moviera como un volante entre dos posiciones cuando se añadía calor.

Bernard Feringa, diseñó el primer motor molecular. Dos estructuras planas conectadas por un par de átomos de carbono formaron un par de palas de rotor. Al añadir luz UV, el rotor se puso en movimiento.

En el momento del premio, el rotor era capaz de dar 12 millones de vueltas en un solo segundo. Simultáneamente a esta invención, Feringa construyó lo que llamó nanocar, un super minúsculo chasis molecular con cuatro motores, cuyas rotaciones ponían al chasis en movimiento.

Las diminutas dimensiones de las nanomáquinas

• 1 micrómetro es una milésima parte de 1 milímetro.
• 1 nanómetro es una millonésima parte de 1 micrómetro.
  • 1 pelo = aproximadamente 100 micras
  • 1 ameba = aproximadamente 100 micras
  • 1 bacteria = aproximadamente 1 micrómetro
  • 1 ribosoma = 20 nanómetros
  • 1 molécula de proteína = de 3 a 10 nanómetros
  • 1 molécula de agua = 1 nanómetro
  • 1 átomo de carbono = aproximadamente 0.14 nanómetros

¿Para qué sirven las nanomáquinas?

En términos de desarrollo tecnológico, el motor molecular se encuentra aproximadamente en la misma etapa que el motor eléctrico en la década de 1830. En aquel entonces, los inventores creaban manivelas, ruedas, engranajes, ventiladores e innumerable cantidad de artefactos. Pero no tenían idea del desarrollo que sus creaciones iban a generar: la fabricación de lavadoras, ventiladores, procesadores de alimentos y muchas otras máquinas impensadas hasta entonces.

Las nanomáquinas diseñadas por los Premios Nobel no están hechas de proteínas sino de moléculas aún más pequeñas y sus partes se están desarrollando constantemente.

Existen otras dos maneras de fabricación de máquinas moleculares, una usa el ADN como material de construcción y la otra trata de imitar a las máquinas moleculares naturales, las proteínas. Pero aún no se ha avanzado lo suficiente, ya que todavía no se conocen con precisión las relaciones que existen entre las estructuras moleculares y sus funciones específicas.

En la actualidad, se sabe bastante sobre el ADN y es bastante fácil trabajar con él. Tiene 4 letras, equivalente a sus cuatro bases y, a diferencia de las proteínas que construyen enzimas y otras estructuras complejas, el ADN no tiene funcionalidad química.

Las proteínas tienen 21 letras, los aminoácidos, y si bien el espacio para diseñar es mucho más amplio, todavía es sumamente difícil predecir qué tipo de combinación de letras debe hacerse, para que el resultado sea la estructura deseada.

Aplicaciones posibles de las nanomáquinas

Mientras se avanza hacia el perfeccionamiento de los motores de proteínas más avanzados, se pueden usar los que ya se encuentran en la naturaleza. Un ejemplo es un bio-ordenador que puede ser operado con potencia muscular.

El proyecto de la UE, Bio4Comp, ya ha demostrado que los músculos del cuerpo humano, sean los de los huesos, del corazón o de las paredes vasculares, consisten en millones de motores proteicos. Cuando un músculo empieza a moverse y trabajar, la proteína miosina toma a la proteína actina que tiene forma de alambre, y tira de ella. La actina es transportada por las moléculas de miosina, y se mueve por todo el sistema con impulsos eléctricos similares a los que recibe un chip de silicio en un ordenador normal.

Existe consenso generalizado en todos los ámbitos científicos que las bio-computadoras, con todos sus componentes móviles, son las aplicaciones más prometedoras de la maquinaria molecular. Las aplicaciones médicas que pueden beneficiarse de estos motores son incontables, como por ejemplo el transporte y el suministro de fármacos dentro del cuerpo, direccionados exactamente hacia donde se necesitan.

Otra utilidad de las nanomáquinas es hacer diagnósticos con una sensibilidad sin precedentes gracias a las moléculas que se unen a las máquinas moleculares móviles. Un motor molecular controlable, también podría actuar eficientemente en la limpieza de los vasos de aterosclerosis, comportándose como si fuera un taladro mecánico.

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