Biblioteca del Colegio Seminario

La nueva técnica permite captar imágenes de los enlaces entre átomos de carbono, dispuestos en hexágonos. Foto: IBM

Una foto pionera. Una imagen que emociona por que, por primera vez, la humanidad cuenta con la tecnología para asomarse al interior de moléculas un millón de veces más pequeñas que una pulga.

Científicos del centro de investigaciones de IBM en Zurich junto a colegas de Francia y España lograron la primera foto de los enlaces atómicos dentro de una molécula. La imagen fue destacada en la portada de la revista Science.

BBC Mundo invitó a uno de los autores del trabajo, el Dr. Diego Peña Gil, de la Universidad Santiago de Compostela, a compartir por qué su trabajo es crucial para la tecnología del futuro y por qué la foto del enlace conmueve a los científicos.

“Imagínense por un momento que tienen que construir una casa. Con sus propias manos. Será sin duda una tarea ardua, en la que el resultado final y el tiempo dedicado dependerá de sus habilidades y de los medios con los que dispongan. Pero posiblemente, tarde o temprano, lo conseguirán. Imagínense ahora que tienen que construir esa casa con los ojos tapados. Difícil, ¿no?.

Pues a una tarea similar nos enfrentamos miles de químicos todos los días. ¡Tenemos que “construir” objetos muy pequeños llamados moléculas casi a ciegas!. Objetos que miden menos de un nanómetro, la millonésima parte de un milímetro: un millón de veces más pequeños que una pulga, o mil veces más pequeños que una bacteria.

Las moléculas son tan pequeñas que no podemos verlas mientras las construimos, y tenemos que emplear métodos indirectos, donde analizamos muestras con millones de estos objetos para saber si hemos conseguido enlazar los átomos, las unidades que forman las moléculas, como realmente queríamos. Y ojo, es muy importante que los átomos estén enlazados en una molécula de forma correcta, porque de ello dependen sus propiedades. Así, podremos obtener un fármaco concreto, o un material novedoso, o un colorante, o un aditivo alimentario, etc. en función de la forma en la que enlacemos sus átomos.

Diego Peña Gil, Alejandro Criado y Enrique Guitián del CIQUS en la Univ. de Santiago de Compostela, son parte del equipo de investigación.

Diego Peña Gil, Alejandro Criado y Enrique Guitián del CIQUS, Universidad de Santiago de Compostela, son parte del equipo de investigación.

Un ejemplo reciente de construcción de uno de estos nano objetos es la síntesis de una molécula denominada dibenzonaftoperileno (DBNP), llevada a cabo en nuestros laboratorios del Centro de Investigaciones en Química Biológica y Materiales Moleculares (CIQUS) de la Universidad de Santiago de Compostela (USC) en España. Nos interesaba esta molécula porque podría tener aplicaciones en la fabricación de dispositivos electrónicos como las células solares o los transistores orgánicos.

¿Pero cómo sabemos que realmente obtuvimos 10 miligramos de DBNP?

¿Magia o ciencia?

Una molécula de DBNP fue obtenida mediante una simulación computacional.

Hasta hace poco sólo contábamos con datos obtenidos mediante técnicas indirectas como la Resonancia Magnética Nuclear (RMN) o la espectrometría de masas, resultado de analizar muestras que contienen millones de moléculas de DBNP.

Pero ahora, como se describe en el trabajo publicado en Science, gracias a nuestros colegas especialistas en Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) del laboratorio de IBM en Zurich, disponemos de un método directo para saber si realmente hemos sintetizado la molécula DBNP. Mediante esta técnica podemos obtener una imagen de DBNP con una resolución atómica. Recuerde que esta molécula mide aproximadamente un nanómetro (la millonésima parte de un milímetro).

Los científicos de IBM utilizaron un microscopio AFM con una punta de sonda que termina en una única molécula de mónoxido de carbono (CO). La molécula de DBNP se deposita sobre una superficie y la punta de la sonda oscila con una pequeña amplitud sobre ella. Se miden las fuerzas entre la punta y la molécula de DBNP para crear una imagen. Es algo similar a un lector de Braille, pero a escala namométrica. La molécula de CO en la terminación de la punta actúa como una potente lupa para revelar la estructura atómica del DBNP, incluyendo sus enlaces.

Leo Gross, de IBM Research Zurich, trabaja en microscopía de fuerza atómica.

En la imagen arriba vemos los enlaces que unen los átomos de carbono de la molécula. Aparecen como líneas de color verde. Estos enlaces están formados por electrones que comparten dos átomos de carbono. Los átomos de carbono no se ven, pero están al final de cada una de esas líneas. Los colores representan las diferentes fuerzas que detecta la punta de la sonda del microscopio al pasar por encima de la molécula.

Los hexágonos son la forma en que se disponen los átomos de carbono en esta molécula. ¿Significa esto que la realidad es así, que la vida tiene esas formas hexagonales? ¡Es real! La disposición de atomos formando hexágonos es muy común en el mundo molecular. También forman otros ciclos (3, 4, 5, 7, etc.) pero los ciclos de 6 miembros son los más abundantes.

Es real y abundan moléculas en nuestro cuerpo que tienen estas agrupaciones de átomos formando hexágonos.

Las estructuras que sintetizamos y observamos en este trabajo son pequeños trozos de grafeno. De hecho los llamamos nanografenos. Las propiedades del grafeno dependen de lo perfecta que sea su red hexagonal de enlaces que unen sus átomos de carbono y de cómo es su periferia. La nueva técnica nos permitirá analizar los detalles de distintos tipos de grafeno, identificando defectos en su red hexagonal. Y esto nos permitirá desarrollar grafenos a la carta, en función de la aplicación que necesitemos.

Con este trabajo se abre una ventana al mundo molecular. Esta técnica es lo más parecido a fotografiar moléculas, el sueño de los químicos. Sin duda recuerda al enunciado de la tercera ley de Clarke, el autor de ciencia ficción famoso por 2001, Odisea del espacio: “Cualquier tecnología lo suficientemente avanzada es indistinguible de la magia”.