Dissenyada una màquina molecular artificial impulsada per la llum
Una màquina molecular és un conjunt de molècules que poden fer diferents moviments mecànics en resposta a un estímul. Es tracta dʼuna estructura clau per al desenvolupament de diverses funcions cel·lulars. La catedràtica de la Facultat de Farmàcia i Ciències de lʼAlimentació Lluïsa Pérez-García ha participat en una recerca internacional, liderada per la Universitat de Nottingham, que ha creat una màquina molecular artificial impulsada per la llum. Aquest treball, publicat a la revista Nature Chemistry, és un primer pas per desenvolupar una nova família dʼaquest tipus dʼestructures moleculars amb aplicacions potencials tant en el camp de la nanomedicina com en el de lʼenergia.
Una màquina molecular és un conjunt de molècules que poden fer diferents moviments mecànics en resposta a un estímul. Es tracta dʼuna estructura clau per al desenvolupament de diverses funcions cel·lulars. La catedràtica de la Facultat de Farmàcia i Ciències de lʼAlimentació Lluïsa Pérez-García ha participat en una recerca internacional, liderada per la Universitat de Nottingham, que ha creat una màquina molecular artificial impulsada per la llum. Aquest treball, publicat a la revista Nature Chemistry, és un primer pas per desenvolupar una nova família dʼaquest tipus dʼestructures moleculars amb aplicacions potencials tant en el camp de la nanomedicina com en el de lʼenergia.
Imita els motors moleculars cel·lulars
Un mecanisme essencial per a les funcions de les cèl·lules en els organismes vius és que els motors moleculars (un tipus de màquines moleculars) viatgin per camins específics de molècules. El nou sistema emula per primera vegada un moviment que es dona al llarg de les fibres de les cèl·lules. Segons els autors del treball, el resultat de la recerca seria lʼexemple de màquina molecular artificial que «probablement més sʼassembla als motors moleculars cel·lulars».
«En aquest treball, hem demostrat que una fibra molecular sintètica autoassemblada en un líquid es comporta com un camí per al moviment dʼun viatger molecular fluorescent situat a una distància de 10.000 vegades la seva longitud. La llum actua com a combustible per afavorir el moviment, mentre que un interruptor molecular barrejat en el sistema sembla que impulsa el viatger en el seu camí», explica Lluïsa Pérez-García, que també és investigadora de lʼInstitut de Nanociència i Nanotecnologia de la UB (IN2UB).
Els investigadors van utilitzar interaccions entre grups químics de càrrega oposada per crear moviment en aquest sistema estàtic: una molècula catiònica que sʼautoassembla formant fibres (el camí), a les quals sʼuneix una molècula aniònica fluorescent (el viatger). El tercer component és una molècula aniònica que es comporta com un interruptor molecular: quan se la il·lumina amb llum blava-violeta, debilita la interacció de les molècules viatgeres amb el camí i nʼimpulsa el moviment al llarg del trajecte.
Els interruptors moleculars alliberen calor quan sʼirradien amb la llum, un efecte que ajuda el viatger molecular a moureʼs, per la qual cosa el moviment mecànic de lʼinterruptor, i la calor que sʼallibera quan es mou, són importants perquè el sistema funcioni.
Per observar aquests efectes, els investigadors van utilitzar un microscopi òptic especial que va permetre de manera simultània excitar les molècules, fent que es moguessin, i observar-les quan sʼil·luminaven, ja que les molècules viatgeres eren fluorescents.
Transportar molècules amb càrrega dʼun lloc a un altre
El repte següent dels investigadors és poder transportar altres molècules dʼun lloc a un altre de manera controlada i emular la natura aconseguint que també puguin portar una càrrega, però utilitzant la llum com a font dʼenergia. «Aquest sistema es podria utilitzar per realitzar tasques químiques, potser en dispositius miniaturitzats per detectar productes químics, i també per a lʼaplicació de fàrmacs activats per la llum», subratlla Pérez-García.
Un altra aplicació potencial seria dins de la recerca de noves formes dʼaprofitar lʼenergia de la llum. «Ja que es treballa desplaçant els viatgers dʼun lloc a un altre, captar lʼenergia que produeix aquest nou sistema seria una manera molt senzilla dʼaconseguir energia», conclou la investigadora.Imatges de la màquina molecular artificial obtingudes per un microscopi de superresolució.
Article de referència:
Samperi, M.; Bdiri, B.; Sleet, C. D. et al. «Light-controlled micron-scale molecular motion». Nature Chemistry, 2021, 13, 1200-1206. Doi: https://doi.org/10.1038/s41557-021-00791-2