Q2010: Máquinas moleculares

1. Q2010: Un año memorable para la química
2. Q2010: Moléculas extraterrestres
3. Q2010: Una vida diferente
4. Q2010: Juegos de luz
5. Q2010: Nano creciente
6. Q2010: Máquinas moleculares

En 2010 las máquinas moleculares volvieron a ser poco más que juguetes. Pero llegará un día en que dejarán de serlo.

[18] von Delius et al. fabricaron un andarín molecular de dos patas que podía andar en una dirección a lo largo de un camino de baldosas químicas.

[19] El equipo que coordina Ben Feringa estuvo muy ocupado. Por una parte anunció que había conseguido hacer que sus rotores moleculares girasen en ambos sentidos. El sentido de rotación se modifica por una “simple” epimerización inducida por una base.

Antes [20] había hecho público que era capaz de bloquearlos con un cambio de pH de la disolución.

[21] Pero la palma se la llevó el equipo de Ned Seeman de la Universidad de Nueva York. Desarrolló una línea de montaje a nanoescala que puede ser programada para “fabricar” productos conforme un andarín de ADN se desplaza por la línea.

Referencias:

[18]

von Delius, M., Geertsema, E., & Leigh, D. (2009). A synthetic small molecule that can walk down a track Nature Chemistry, 2 (2), 96-101 DOI: 10.1038/nchem.481

[19]

Ruangsupapichat, N., Pollard, M., Harutyunyan, S., & Feringa, B. (2010). Reversing the direction in a light-driven rotary molecular motor Nature Chemistry, 3 (1), 53-60 DOI: 10.1038/nchem.872

[20]

Qu, D., & Feringa, B. (2010). Controlling Molecular Rotary Motion with a Self-Complexing Lock Angewandte Chemie International Edition, 49 (6), 1107-1110 DOI: 10.1002/anie.200906064

[21]

Gu, H., Chao, J., Xiao, S., & Seeman, N. (2010). A proximity-based programmable DNA nanoscale assembly line Nature, 465 (7295), 202-205 DOI: 10.1038/nature09026

Q2010: Nano creciente.

1. Q2010: Un año memorable para la química
2. Q2010: Moléculas extraterrestres
3. Q2010: Una vida diferente
4. Q2010: Juegos de luz
5. Q2010: Nano creciente
6. Q2010: Máquinas moleculares

La nanotecnología nos cambiará el futuro y en este año ha dado nuevos pasos para conseguirlo. 2010 ha sido el año del grafeno, culminando con el premio Nobel de física a dos de sus descubridores, Andre Geim y Kyosta Novoselov.

[12] Precisamente el grupo de Geim en la Universidad de Manchester, Nair et al., fabricó una especie de Teflón de 2 dimensiones al ser capaz de fluorar completamente capas de grafeno sin dañar su estructura. El fluorografeno resultante es mecánicamente fuerte y química y térmicamente estable y, aparte de usarse como si fuese Teflón también podría emplearse como un aislante delgado en electrónica orgánica o encontrar un uso en los LED o las pantallas.

[13] Hablando de pantallas, Bae et al. consiguieron fabricar películas de grafeno lo suficientemente grandes como para poder incorporarlas a pantallas táctiles. Los investigadores doparon el grafeno con ácido nítrico para conseguir que funcionase como un enorme electrodo transparente, ideal para aplicaciones táctiles, y mucho más resistente y ecológico que el óxido de indio y estaño que se emplea actualmente para las pantallas táctiles.

Aparte de láminas grandes, varios grupos de investigación informaron del desarrollo de diversos métodos para construir circuitos usando grafeno. [14] Cai et al. fabricaron nanocintas de grafeno de abajo arriba, en vez de cortando una lámina de grafeno. Los investigadores consiguieron nanocintas de aproximadamente 1 nm de ancho a partir de un radical precursor depositado en una lámina metálica. La técnica permite controlar el ancho y la forma de las nanocintas. No sólo eso, se pueden conseguir cintas de formas idénticas, lo que indica que las propiedades electrónicas también son controlables, ideal para la nanoelectrónica.

[15] Wei et al. han demostrado que los circuitos de grafeno también se pueden hacer con la punta caliente de un microscopio de fuerza atómica (MFA) que va “grabando” en óxido de grafeno. La punta del MFA reduce el óxido de grafeno y deja detrás líneas conductoras de grafeno. La misma punta después puede “leer” lo que ha escrito, lo que es fantástico para el control de calidad.

[16] Chuvilin et al. consiguieron, usando un microscopio electrónico de transmisión, no sólo curvar una lámina de grafeno para hacer fulerenos, además lo vieron en tiempo real. Este resultado viene a refutar las teoría en vigor hasta ahora sobre cómo se hacen los fulerenos, que asume que hace falta prácticamente carbón atómico. El microscopio electrónico de transmisión y cálculos químicocuánticos ponen de manifiesto que, cuando se quita un átomo del borde de un copo de grafeno de entre 60 y 100 átomos de carbono, los dos carbonos que quedan enlazados solamente a dos átomos vecinos se unen entre sí, formando un pentágono. Esto hace que la lámina se curve y que, conforme se quitan más carbonos, la lámina tome primero a forma de un cuenco y después la de una bola. Aunque estos fulerenos se consiguen usando el haz electrónico del microscopio, el calor empleado en la producción de fulerenos podría tener la misma función.

[17] Miembros del equipo anterior, y también usando microscopía electrónica de transmisión, consiguieron imágenes de átomos de metal enjaulados dentro de fulerenos que se mantenían en el interior de un nanotubo de carbono. El vídeo de Chuvilin et al. mostraba cómo los átomos de metal se liberaban de los fulerenos antes de agruparse y atacar al nanotubo mismo. Este resultado demuestra que el interior de los nanotubos no es siempre tan químicamente inerte como se piensa.

Referencias:

[12]

Nair, R., Ren, W., Jalil, R., Riaz, I., Kravets, V., Britnell, L., Blake, P., Schedin, F., Mayorov, A., Yuan, S., Katsnelson, M., Cheng, H., Strupinski, W., Bulusheva, L., Okotrub, A., Grigorieva, I., Grigorenko, A., Novoselov, K., & Geim, A. (2010). Fluorographene: A Two-Dimensional Counterpart of Teflon Small, 6 (24), 2877-2884 DOI: 10.1002/smll.201001555

[13]

Bae, S., Kim, H., Lee, Y., Xu, X., Park, J., Zheng, Y., Balakrishnan, J., Lei, T., Ri Kim, H., Song, Y., Kim, Y., Kim, K., Özyilmaz, B., Ahn, J., Hong, B., & Iijima, S. (2010). Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes Nature Nanotechnology, 5 (8), 574-578 DOI: 10.1038/nnano.2010.132

[14]

Cai, J., Ruffieux, P., Jaafar, R., Bieri, M., Braun, T., Blankenburg, S., Muoth, M., Seitsonen, A., Saleh, M., Feng, X., Müllen, K., & Fasel, R. (2010). Atomically precise bottom-up fabrication of graphene nanoribbons Nature, 466 (7305), 470-473 DOI: 10.1038/nature09211

[15]

Wei, Z., Wang, D., Kim, S., Kim, S., Hu, Y., Yakes, M., Laracuente, A., Dai, Z., Marder, S., Berger, C., King, W., de Heer, W., Sheehan, P., & Riedo, E. (2010). Nanoscale Tunable Reduction of Graphene Oxide for Graphene Electronics Science, 328 (5984), 1373-1376 DOI: 10.1126/science.1188119

[16]

Chuvilin, A., Kaiser, U., Bichoutskaia, E., Besley, N., & Khlobystov, A. (2010). Direct transformation of graphene to fullerene Nature Chemistry, 2 (6), 450-453 DOI: 10.1038/nchem.644

[17]

Chuvilin, A., Khlobystov, A., Obergfell, D., Haluska, M., Yang, S., Roth, S., & Kaiser, U. (2009). Observations of Chemical Reactions at the Atomic Scale: Dynamics of Metal-Mediated Fullerene Coalescence and Nanotube Rupture Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.200902243

Q2010: Juegos de luz

1. Q2010: Un año memorable para la química
2. Q2010: Moléculas extraterrestres
3. Q2010: Una vida diferente
4. Q2010: Juegos de luz
5. Q2010: Nano creciente
6. Q2010: Máquinas moleculares

Los descubrimientos sobre la interacción de la luz con la materia durante el 2010 continuaron fascinando y abren la puerta a un futuro que parece sacado de una novela de ciencia ficción.

[9] Zhou et al. investigaron el mecanismo por el cual una mezcla de metanol y agua es capaz de producir hidrógeno al interactuar con una superficie de dióxido de titanio en presencia de luz solar. Descubrieron que el hidrógeno del hidroxilo del metanol es cedido en una reacción fotocatalítica en los lugares de la superficie del TiO₂ en los que hay un defecto de oxígeno, los llamados sitios Ti⁴⁺.

[10] Collini et al. investigaron las proteínas antena. Estas proteínas absorben la luz y transmiten la energía de la excitación resultante entre moléculas a un centro de reacción donde tiene lugar la fotosíntesis. Los investigadores aportaron pruebas de que las proteínas, de 5 nm de ancho, comparten su excitación electrónica coherentemente desde un punto de vista cuántico. Las proteínas muestran esta “conexión coherente” incluso bajo condiciones biológicas, lo que sugiere que las moléculas distantes dentro de las proteínas fotosintéticas están “conectadas” para una mejor recolección de la luz.

[11] Su et al. consiguieron introducir nanopartículas de oro en plantas para conseguir que la clorofila produzca una emisión roja, constituyendo así un bio-LED natural. Se ha aventurado su uso como sistema de iluminación de las calles.

Referencias:

[9]

Zhou, C., Ren, Z., Tan, S., Ma, Z., Mao, X., Dai, D., Fan, H., Yang, X., LaRue, J., Cooper, R., Wodtke, A., Wang, Z., Li, Z., Wang, B., Yang, J., & Hou, J. (2010). Site-specific photocatalytic splitting of methanol on TiO2(110) Chemical Science, 1 (5) DOI: 10.1039/c0sc00316f

[10]

Collini, E., Wong, C., Wilk, K., Curmi, P., Brumer, P., & Scholes, G. (2010). Coherently wired light-harvesting in photosynthetic marine algae at ambient temperature Nature, 463 (7281), 644-647 DOI: 10.1038/nature08811

[11]

Su, Y., Tu, S., Tseng, S., Chang, Y., Chang, S., & Zhang, W. (2010). Influence of surface plasmon resonance on the emission intermittency of photoluminescence from gold nano-sea-urchins Nanoscale, 2 (12) DOI: 10.1039/c0nr00330a

Q2010: Una vida diferente

1. Q2010: Un año memorable para la química
2. Q2010: Moléculas extraterrestres
3. Q2010: Una vida diferente
4. Q2010: Juegos de luz
5. Q2010: Nano creciente
6. Q2010: Máquinas moleculares

El 2010 también fue testigo de cómo la química ayudaba a comprender mejor los fenómenos biológicos, con algunos logros realmente sobresalientes. Como estos:

[5] Gibson et al. hacían pública la creación de una bacteria “sintética” al transplantar un cromosoma sintetizado químicamente a una célula a la que se le había extraído el suyo. Esta bacteria, resultado de los trabajos realizados en los Institutos J. Craig Venter, puede crecer y reproducirse como las bacterias completamente naturales.

[6] Mientras tanto, Parnell et al. encontraron discrepancias en el ratio de los isótopos ³⁴S y ³²S en muestras de rocas escocesas. Estas rocas, procedentes del noroeste de las highlands de Escocia, sugieren que la vida compleja podría haber existido en la Tierra 400 millones de años antes de los que se pensaba.

[7] Stojanovic et al. crearon un autómata biológico a base de enzimas al que se le puede enseñar a jugar al toma y daca y no perder nunca. El autómata consistía en una disolución de 16 enzimas que podían reconocer y responder a los “movimientos” de un jugador humano, abriendo todo un mundo de posibilidades para la programación molecular.

[8] La metalómica ha dado un aldabonazo con el trabajo de Cvetkovic et al. Tras sus resultados los científicos tendrán que considerar seriamente pasar de la clásica purificación de proteínas a la identificación y purificación basada en metales. Los investigadores usaron el Pyrococcus furiosus para su trabajo y demostraron que de los 343 picos de metal en las fracciones cromatográficas, 158 no correspondían a ninguna metaloproteína de las previstas. La purificación de 8 de esas fracciones dio lugar a 4 nuevas metaloproteínas, lo que sugiere que los metaloproteomas son más grandes y diversos de lo que se pensaba en un principio.

Referencias:

[5]

Gibson, D., Glass, J., Lartigue, C., Noskov, V., Chuang, R., Algire, M., Benders, G., Montague, M., Ma, L., Moodie, M., Merryman, C., Vashee, S., Krishnakumar, R., Assad-Garcia, N., Andrews-Pfannkoch, C., Denisova, E., Young, L., Qi, Z., Segall-Shapiro, T., Calvey, C., Parmar, P., Hutchison, C., Smith, H., & Venter, J. (2010). Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome Science, 329 (5987), 52-56 DOI: 10.1126/science.1190719

[6]

Parnell, J., Boyce, A., Mark, D., Bowden, S., & Spinks, S. (2010). Early oxygenation of the terrestrial environment during the Mesoproterozoic Nature, 468 (7321), 290-293 DOI: 10.1038/nature09538

[7]

Pei, R., Matamoros, E., Liu, M., Stefanovic, D., & Stojanovic, M. (2010). Training a molecular automaton to play a game Nature Nanotechnology, 5 (11), 773-777 DOI: 10.1038/nnano.2010.194

[8]

Cvetkovic, A., Menon, A., Thorgersen, M., Scott, J., Poole II, F., Jenney Jr, F., Lancaster, W., Praissman, J., Shanmukh, S., Vaccaro, B., Trauger, S., Kalisiak, E., Apon, J., Siuzdak, G., Yannone, S., Tainer, J., & Adams, M. (2010). Microbial metalloproteomes are largely uncharacterized Nature, 466 (7307), 779-782 DOI: 10.1038/nature09265

Q2010: Moléculas extraterrestres

1. Q2010: Un año memorable para la química
2. Q2010: Moléculas extraterrestres
3. Q2010: Una vida diferente
4. Q2010: Juegos de luz
5. Q2010: Nano creciente
6. Q2010: Máquinas moleculares

En 2010 se han hecho descubrimientos interesantísimos en astroquímica. Entre ellos destacan los siguientes:

[1] Cami et al. usaron un espectrógrafo infrarrojo para identificar el buckminsterfulereno (C60) y el C70 en la nebulosa planetaria Tc1. El descubrimiento refuerza las teorías sobre las bandas interestelares difusas (DIB, por sus siglas en inglés), líneas de absorción que aparecen en los espectros astronómicos. De hecho, fue la investigación de las DIB una de las razones que llevó a Kroto et al. [*] a realizar los experimentos que llevaron al C60 en primer lugar.

[2] En otro lugar del universo, Decin et al. encontraron algo que antes se creía imposible: vapor de agua cerca de una estrella gigante rica en carbono. La investigación de la envoltura circunestelar de la estrella de carbono CW Leonis (IRC +10216), el flujo de polvo y gas alrededor de una estrella vieja y en expansión, puso de manifiesto docenas de líneas espectroscópicas correspondientes al vapor de agua a diferentes temperaturas y, por tanto, a localizaciones dentro de la envoltura. Tras este descubrimiento es necesario repensar la química que tiene lugar en las estrellas ricas en carbono conforme envejecen y se expanden.

[3] Dos equipos de astrónomos, Rivkin & Emery y Campins et al., publicaron el hallazgo de hielo de agua en la superficie del asteroide 24 Themis. Los equipos llegaron a la conclusión independientemente de que el asteroide contenía hielo de agua, de nuevo usando espectroscopía infrarroja. La combinación de los resultados permitió averiguar la existencia de una fina capa de hielo que cubre la totalidad de la superficie del asteroide. Dado que una capa tan fina debe sublimarse en el vacío del espacio muy rápidamente, los investigadores proponen que debe existir una reserva de hielo debajo de la superficie que renueva la capa superficial conforme se pierde. Estos hallazgos apoyan la hipótesis de que los asteroides trajeron agua a la Tierra, aunque probarlo sea otra cuestión.

[4] Goldman et al. sugirieron que los compuestos básicos para la vida podrían sobrevivir al impacto tras viajar hasta la Tierra en un cometa. Sus cálculos encontraron que las ondas de choque del impacto del cometa podrían provocar la aparición de oligómeros con uniones C-N de vida corta que, cuando se rompen, forman compuestos estables, entre ellos el aminoácido esencial glicina.

Referencias:

[1]

Cami, J., Bernard-Salas, J., Peeters, E., & Malek, S. (2010). Detection of C60 and C70 in a Young Planetary Nebula Science, 329 (5996), 1180-1182 DOI: 10.1126/science.1192035

[*]

Kroto, H., Heath, J., O'Brien, S., Curl, R., & Smalley, R. (1985). C60: Buckminsterfullerene Nature, 318 (6042), 162-163 DOI: 10.1038/318162a0

[2]

Decin, L., Agúndez, M., Barlow, M., Daniel, F., Cernicharo, J., Lombaert, R., De Beck, E., Royer, P., Vandenbussche, B., Wesson, R., Polehampton, E., Blommaert, J., De Meester, W., Exter, K., Feuchtgruber, H., Gear, W., Gomez, H., Groenewegen, M., Guélin, M., Hargrave, P., Huygen, R., Imhof, P., Ivison, R., Jean, C., Kahane, C., Kerschbaum, F., Leeks, S., Lim, T., Matsuura, M., Olofsson, G., Posch, T., Regibo, S., Savini, G., Sibthorpe, B., Swinyard, B., Yates, J., & Waelkens, C. (2010). Warm water vapour in the sooty outflow from a luminous carbon star Nature, 467 (7311), 64-67 DOI: 10.1038/nature09344

[3a]

Campins, H., Hargrove, K., Pinilla-Alonso, N., Howell, E., Kelley, M., Licandro, J., Mothé-Diniz, T., Fernández, Y., & Ziffer, J. (2010). Water ice and organics on the surface of the asteroid 24 Themis Nature, 464 (7293), 1320-1321 DOI: 10.1038/nature09029

[3b]

Rivkin, A., & Emery, J. (2010). Detection of ice and organics on an asteroidal surface Nature, 464 (7293), 1322-1323 DOI: 10.1038/nature09028

[4]

Goldman, N., Reed, E., Fried, L., William Kuo, I., & Maiti, A. (2010). Synthesis of glycine-containing complexes in impacts of comets on early Earth Nature Chemistry, 2 (11), 949-954 DOI: 10.1038/nchem.827

Q2010: Un año memorable para la química

La química es una ciencia fascinante y los descubrimientos realizados en el año que termina lo demuestran admirablemente. Con objeto de ir calentando motores para el próximo 2011 - Año Internacional de la Química, vamos a repasar cuáles han sido los más relevantes en una serie de cinco entradas (aparte de esta) que abarca aspectos tan diversos como la propia química.

1. Q2010: Un año memorable para la química
2. Q2010: Moléculas extraterrestres
3. Q2010: Una vida diferente
4. Q2010: Juegos de luz
5. Q2010: Nano creciente
6. Q2010: Máquinas moleculares

El proyecto de divulgación química de Experientia docet para 2011 es una Actividad Oficial reconocida por la IUPAC. A partir del mes de enero habrá nuevas secciones dedicadas especialmente a dar a conocer pasado, presente y futuro de la ciencia central.