TECNOLOGÍA

Ensamblaje molecular, el Santo Grial de la Nanotecnología

Más allá de los límites de lo visible, las nuevas piezas de la nanoelectrónica se organizan y se combinan para formar, por sí solas, pequeños aparatos y dispositivos. La fabricación de las nuevas herramientas del siglo XXI se llevará a cabo en la más estricta "intimidad molecular".

Hasta ahora el camino recorrido por la tecnología había ido de arriba abajo, de lo más grande a lo más diminuto, fragmentando y modelando materiales a tamaños cada vez más reducidos. Un claro ejemplo lo encontramos en el ordenador, que evolucionó desde lo que podría ser descrito como un auténtico "monstruo" tecnológico con un peso de 30 toneladas, hasta los extendidos ordenadores personales o, más recientemente, los modernos PDAs (ordenadores de bolsillo). Sin embargo, este proceso de miniaturización progresiva tiene sus límites y, al acercarse a ellos, se planteaba entre los expertos un viejo temor: la posibilidad de haber llegado al final del desarrollo tecnológico.

Con la irrupción de la nanotecnología, los científicos encontraron una alternativa que disipaba sus temores: invertir el proceso empezando desde abajo, es decir, manipulando directamente las piezas fundamentales de la materia - átomos y moléculas - para crear materiales a escala nanométrica. La ciencia se adentraba así en un nuevo espacio: el nanocosmos.

La búsqueda de dispositivos cada vez más pequeños no es, pese a las apariencias, una cuestión exclusivamente de "tamaños". Con el diseño de los materiales desde sus "cimientos" moleculares se podrían superar los límites físicos que imponen los materiales convencionales y desarrollar aplicaciones tan ambiciosas como ordenadores con una velocidad de procesamiento muy superior a la actual, motores formados por una sola molécula, materiales inteligentes, tejidos ultra-resistentes con capacidad de autorreparación y órganos e implantes artificiales, entre otras muchas posibilidades.


El nuevo papel de la Química

En la creación de este nuevo universo nanométrico, la Química, rama científica aparentemente desplazada por otras disciplinas científicas durante el pasado siglo, juega un papel fundamental y muy diferente al que desempeñaba esta ciencia en sus orígenes de manos de Lavoisier y el tubo de ensayo. Ahora, estudiar, ensamblar, manipular, fabricar y ordenar moléculas forma parte de las tareas básicas de una nueva especialidad a la que se ha dado en llamar "ingeniería molecular".

Los retos de este tipo de ingeniería son muy diversos. En primer lugar, es preciso caracterizar las propiedades de cada molécula. En segundo lugar, las moléculas deben manipularse de forma muy precisa, estructurarse y enlazarse unas con otras. Y, por supuesto, es necesario establecer una "conexión" con el mundo macroscópico mediante dispositivos o interruptores visibles y asequibles a la manipulación humana para poner en marcha los aparatos. El uso del microscopio de efecto túnel es, hoy por hoy, la mejor opción para manipular moléculas, si bien su uso está prácticamente restringido a los laboratorios básicos o al desarrollo de prototipos experimentales. Además, este tipo de microscopio no resuelve todas las dificultades que supone trabajar a una escala tan pequeña.

La alternativa más ambiciada por los expertos, y ya preconizada por el llamado "padre de la nanotecnología", el polifacético Eric Drexler, pasa por diseñar moléculas para el autoensamblaje. Es decir, moléculas que, como ocurre de forma natural en la Naturaleza en la fabricación de proteínas, ácidos nucleicos o tejidos, se combinen unas con otras para formar nuevos dispositivos eléctricos, chips, circuitos, etc. En 1995, George M. Whiteside, profesor de Química en la Universidad de Harvard, condensaba en tres las principales ventajas del autoensamblaje:
a) Supera las dificultades de las técnicas mecánicas de fabricación a escala nanométrica gracias al uso de técnicas avanzadas de síntesis química
b) Se inspira en multitud de ejemplos biológicos, desde los cristales moleculares con sus espectaculares diseños hasta cualquier mamífero. En la naturaleza, el autoensamblaje es una de las estrategias fundamentales en la fabricación de estructuras complejas
c) Permite incorporar elementos biológicos dentro del sistema, con importantes implicaciones para su aplicación en medicina, análisis químico, biología, control medioambiental, etc.

Tres conceptos que, sin duda, están presentes en la mente de quienes investigan sobre cómo controlar el movimiento de las moléculas más allá de los límites de lo visible, estructurándose de forma autónoma en nuevos aparatos a escala nanométrica.


Juego de niños

Precisamente el pasado 2 de noviembre se publicaban, en la revista Science, los resultados del estudio de un ingeniero químico estadounidense que había descubierto un método para construir "hilos" de partículas ensambladas de forma espontánea y capaces de conducir la electricidad en un medio líquido. Para el ensamblaje, el doctor Orlin Velev aplicó la dielectroforesis sobre nanopartículas metálicas, concretamente de oro. Construir circuitos eléctricos de este tipo en un medio líquido conlleva multitud de posibles aplicaciones bioeléctricas derivadas de la conexión eléctrica de células y tejidos vivos entre sí, o de células con electrodos.

Unas semanas antes, la revista Nature había dado a conocer otro importante avance en este campo. ., investigador del Instituto de Ciencias Materiales de Japón, acababa de idear un mecanismo por el que moléculas de porfirina se ensamblaban sobre una superficie de oro para formar estructuras de hasta 100 nanómetros de longitud. "El procesamiento mecánico a nivel atómico es extraordinariamente complejo - explicaba Takashi - Sin embargo, el ensamblaje de moléculas y átomos para formar nanoestructuras es aparentemente más sencillo, máxime si esas nanoestructuras se construyen de manera espontánea y a nuestra voluntad".

Cambiando el número y la posición de las subunidades o moléculas sintetizadas químicamente, los científicos japoneses demostraban que era también era posible controlar la forma exacta de las estructuras construidas por estas moléculas. Vistas bajo el microscopio de efecto túnel, las estructuras nanométricas parecían piezas de legos moleculares autoensambladas. Este tipo de construcción sobre superficie es totalmente diferente al que se desarrolla en el autoensamblaje en soluciones líquidas, y su uso parece ser especialmente indicado para el diseño de aparatos y circuitos electrónicos.


Movimiento en la escala molecular

Autonomía, organización, autoensamblaje,... La evolución actual de la nanotecnología nos aproxima a un concepto que parece cada vez menos lejano: el de Vida Artificial. Bajo este sugerente nombre se engloba la realización de comportamientos similares a la vida en sistemas creados y fabricados por el hombre (artificiales), creando "poblaciones" de entes semiautónomos, aunque estos sean diminutos dispositivos nanoscópicos.

Una vez conquistada la capacidad de autoensamblaje los científicos planean llegar más allá y conseguir que esos dispositivos sean capaces de autorreplicarse, es decir, de crear otros dispositivos idénticos a ellos. Hablamos entonces de lo que podría definirse como una capacidad de "reproducción" o "clonación" artificial, un objetivo al que no le faltan detractores entre los científicos, como tampoco expertos que se afanan en demostrar la viabilidad de la existenca de máquinas autorreplicantes en un futuro no muy lejano.

Con el diseño a nivel molecular, el hombre decidirá y definirá cómo quiere que sean los nuevos materiales, aparatos, ordenadores y circuitos... El resto del proceso de fabricación, según parece, quedará en manos de las propias moléculas.

Autor: Elena Sanz | 2001