por: Marcos Manuel Sánchez 
mafiroco@hotmail.com

EL MUNDO A ESCALA ATÓMICA

Tanto como millonésimas de milímetro. Ese es el orden de magnitud de los nuevos materiales moleculares de aplicaciones sorprendentes, lo que ha dado origen a palabras como Nanociencia y Nanotecnología. Para hacernos una idea: una hormiga mide alrededor de un cm (10-2 metros), una célula 20 micrometros (10-6 metros), un orgánulo del interior de la célula como el ribosoma mide 25 nanometros (25x10-9 metros). Para apreciar lo pequeño que es un átomo: un átomo es un 1/10.000 del tamaño de una bacteria, a su vez un 1/10.000 del tamaño de un mosquito. En un nanómetro cúbico caben 258 átomos de carbono.

Se ha escrito bastante en los últimos años sobre los denominados nanocompuestos, y es que hay que reconocer que ese término engloba a una enorme diversidad de sustancias con un más que prometedor futuro que influirá decisivamente en nuestra vida cotidiana.

Actualmente se trabaja intensamente en la preparación y el estudio de nuevos materiales moleculares y supramoleculares que manifiesten propiedades químicas y/o físicas, eléctricas, magnéticas y ópticas, entre otras, para su utilización como dispositivos químicos nanoscópicos. Estos tienen aplicación en la Electrónica Molecular o en Biomedicina como máquinas a escala atómica con funciones de 

Simple Pump Selective for Neon
www.imm.org Institute for molecular manufacturing

limpieza de arterias dañadas por la arterioesclerosis, reparadores de ADN, re-constructores de células o “vasculocitos para la prevención de ataques cardíacos por obstrucción de las arterias.

Hablamos de moléculas “engranadas”mecánicamente, con las que se han diseñado los motores moleculares, los interruptores nanoscópicos o sistemas de almacenamiento de la información a escala atómica. Se trata, principalmente, de los catenanos, los “nudos “ (del inglés knots) y los rotaxanos, formados por anillos o macrociclos entrelazados atravesados por un “hilo” en linea recta y que se pueden “ensamblar” entre sí. 

Según David A. Leigh & Aden Murp, de la Universidad de Warwick, Coventry, en su artículo Molecular Tailoring: the made-to-measure properties of rotaxane, publicado en Chemistry & Industry el 1 de Marzo de 1999, el bloque de componentes engarzados puede manifestar un comportamiento distinto al de los “ladrillos” individuales. Incluso puede presentar propiedades totalmente nuevas. Los macrociclos protegen al hilo molecular central como una funda que los preserva de agentes externos. Así, según los mismos autores, se consigue obtener pigmentos fotorresistentes, con la posibilidad adicional de obtener hilos más largos, estables, que pueden usarse como “cables” moleculares.

El proceso de formación del rotaxano es reversible, de modo que es posible recuperar el macrociclo y aislarlo. Esto permitiría la existencia de moléculas “con memoria de forma” que según el ambiente que las rodea, adoptan una configuración u otra, es decir, “recuerdan” la forma preferida. Lo anterior abre la puerta al desarrollo de los interruptores moleculares, de los que hablaremos más adelante.

Nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas (CAEN)

Los científicos de los laboratorios Hewlett-Packard en Palo Alto, California y en la Universidad de California en Los Angeles (UCLA) están desarrollando computadoras muy, muy pequeñas. Tanto como que una de ellas cabría en un grano de arena. Estas nuevas computadoras son, en realidad, moléculas.

¿Pueden ser las computadoras tan diminutas? Todas las computadoras están basadas en un interruptor de encendido-apagado. Los científicos han desarrollado un rotaxano que actúa como tal interruptor: 

–el rotaxano es “insertado” entre dos cables cruzados. Cuando la molécula está en la posición de "apagado", un electrón puede brincar desde un cable hasta la molécula y luego desde esta hasta el otro cable. Como el viajero que se vale de un puente para cruzar un río. Imaginemos que el puente fuese móvil: para crear la posición de "encendido" los científicos aplican un campo eléctrico entre los cables. Entonces, el electrón ya no puede brincar tan fácilmente. El puente ya no está allí.

Los científicos también están tratando de crear cables más pequeños para ser usados con estas nuevas moléculas. Han estirado tubos de carbono hasta formar hilos delgados de un nanómetro de ancho. Diez mil veces más finos que un cabello, son el resultado del arrollamiento de capas de átomos de carbono distribuidos en el espacio según la estructura hexagonal típica de su sistema cristalino. Descubiertos en 1991 por un investigador de la NEC, estarían destinados a ser conectores a escala atómica en dispositivos electrónicos.

Los científicos planean introducir capas de moléculas de rotaxano en el interior de computadoras ultra potentes. Las nuevas computadoras serán mucho más pequeñas y varios miles de veces más rápidas que las que usamos en la actualidad. También serán más económicas. Se llaman "nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas" y sus siglas en inglés son CAEN (chemically assembled electronic nanocomputers). (www.harcourtschool.com/newsbreak/invisible_spn.html Harcourt School publishers)

Se cree que los científicos necesitarán dos años más para fabricar la primera CAEN. Y pocos años después podrían venir ya las primeras CAEN a la venta para todo el público. Quizá algún día dispongamos de una en nuestros hogares. 

Uno de los grandes retos a los que se enfrentan los científicos en la actualidad es que cada molécula de rotaxano sólo puede ser usada una vez. Por ello, sirve únicamente para almacenar información en la memoria de sólo lectura o memoria ROM (read-only memory). Un ejemplo de memoria ROM es la utilizada para guardar en soporte CD-ROM una enciclopedia. Puede ser leída pero no modificada. 

La molécula de rotaxano no puede ser usada para almacenar datos en la memoria de la computadora que se cambia una y otra vez: la memoria de acceso aleatorio usada en procesadores de texto o memoria RAM (random-access memory). Los científicos están tratando de desarrollar una molécula que pueda utilizarse cuantas veces sea necesario.

Estas computadoras microscópicas, incorporadas por ejemplo al torrente sanguíneo de una persona, podrían identificar bacterias que no son mayores que ellas. Así se conocerían los fármacos específicos para combatir infecciones. Una entre miles de posibilidades.

Phil Kuekes es un arquitecto de computadoras Hewlett-Packard y un investigador de CAEN. "Eventualmente", dice, "las computadoras serán tan pequeñas que ni siquiera las notaremos. La computadora no estará solamente en tu reloj de pulsera; estará en las fibras de tu ropa".