| Artículos | 01 MAY 1999

Nanomecánica

Tags: Histórico
Eloy Anguiano.

A lo largo de las últimas décadas la tecnología ha seguido una loca carrera hacia la miniaturización . Cada día podemos juntar más elementos electrónicos o almacenar información en menos espacio . Esta carrera hacia lo pequeño ha sido provocada por varias razones . La primera de ellas es que elementos electrónicos más pequeños hacen que los circuitos sean cada vez más rápidos y por lo tanto que tengan una mayor capacidad de cálculo en el mismo espacio . La segunda de ellas es la necesidad de almacenamiento de información . Cuanto más pequeño sea el elemento básico de información ( bit ) al almacenarlo sobre un soporte, mayor cantidad de información cabrá sobre dicho soporte . La tercera motivación es consecuencia de las anteriores y provoca la necesidad de elementos mecánicos cada día más pequeños . Estos elementos permitirían la manipulación, lectura y escritura de la información en menos espacio puesto que al ser más reducidos la precisión del elemento al posicionarse sobre la superficie es mayor .

Para entender esta implicación imaginemos que somos capaces de almacenar con suficiente fiabilidad un bit con un determinado tamaño en una superficie . Imaginemos también que el posicionamiento de la cabeza lectora ( o grabadora ) sobre la superficie es bastante peor que la del bit grabado . Debido a las limitaciones mecánicas, un bit debe ser grabado con el tamaño que determina el peor elemento de todo el conjunto del dispositivo lector ( grabador ) . Actualmente en casi todos los casos, el factor limitador de la calidad de grabación es el elemento mecánico y cualquier aumento en su precisión y su disminución en tamaño significa un gran avance tecnológico . A su vez, elementos mecánicos cada día más pequeños permitirían también la creación de otros electrónicos aún más pequeños .

A lo largo de esta última década, el desarrollo de instrumentos como el microscopio de efecto túnel o los distintos microscopios de fuerzas atómicas han permitido visualizar y manipular la materia hasta niveles asombrosos . Estos instrumentos nos han permitido manejar físicamente los átomos, cambiarlos de lugar y situarlos en la disposición deseada por aquél que está manipulando el instrumento . También facilita deformar las superficies de materiales como el silicio y el oro para conformar patrones que sirviesen para almacenar la información de una u otra forma . E igualmente la manipulación de líquidos sobre sólidos a nivel nanoscópico Sin embargo, estas máquinas capaces de manipular los átomos o de crear estructuras nanométricas, eran máquinas con un tamaño macroscópico ( visible ) que terminan en un elemento manipulador de escala nanométrica y no nanomáquinas reales .

Por tanto, es comprensible el revuelo que ha producido el anuncio, en una de las mejores revistas científicas del mundo ( Nature ) , de la creación de un elemento nanomecánico . Es aún más revolucionario si tenemos en cuenta el material de que está construido . Este elemento no es metálico, ni de silicio, ni de algún otro elemento semiconductor, ¡ es material orgánico ! . Pero no es suficientemente sorprendente el hecho de que sea orgánico si a ello se le añade que este material orgánico no es ni más ni menos que ADN, la molécula de la vida .

Este elemento nanomecánico ha sido descubierto por un equipo de la universidad de Nueva York dirigido por Nadrian C . Seeman y constituido por los investigadores de origen chino Chengde Mao, Weiqiong Sun y Zhiyong Shen . Este científico, nacido en 1945 en Chicago, en los últimos años ha centrado su investigación en el desarrollo de técnicas de cristalización de ADN consiguiendo crear cristales cúbicos e incluso otros poliedros más complejos .

El 14 de enero de este año, este equipo de investigadores ha publicado el trabajo científico en el que presentaba su primera máquina de ADN . Ésta es el primer instrumento capaz de realizar una acción sobre moléculas de tamaño nanoscópico de forma controlable que a su vez tiene tamaño nanoscópico y que ha sido construido por el hombre, es decir, que es artificial . Estas dos características permiten asegurar de él que es posible que sea el primer nanobrazo robótico de la historia . Todo ello a pesar de las limitaciones manipulativas que tiene como ahora veremos . Sus limitaciones vienen dadas por la estructura y funcionabilidad del propio brazo . La doble hélice que forma el ADN está constituida por una serie de elementos denominados bases nitrogenadas . Éstas son de cuatro tipos distintos y sólo pueden emparejarse de dos formas distintas . Esta cualidad permite realizar un ensamblaje muy preciso del ADN hasta crear un conjunto de bases con la secuencia deseada . Este conjunto ordenado hace que la forma de enrollarse el ADN sea controlable estructuralmente y por condiciones químicas externas .

La estructura sintética que han obtenido Seeman y sus colaboradores consiste en dos moléculas ( brazos ) unidos por un puente de ADN creado artificialmente con un sentido dextrógiro ( giro a la derecha ) de la hélice . Si en el entorno de esta molécula se introduce un determinado compuesto de cobalto cargado positivamente, la estructura de este ADN artificial pasa de ser dextrógira a ser levógira . Este cambio permite girar los brazos de este elemento mecánico de forma voluntaria . Este robot experimental sólo es capaz de realizar ese movimiento y la prueba del mismo sólo ha sido posible realizarlo por medio de técnicas espectroscópicas de alta precisión .

A pesar de su simplicidad y de que en la naturaleza existen multitud de máquinas biológicas de este tamaño y que sacan energía de compuestos químicos como el ATP ( adenosín trifosfato ) ; a pesar, también, de que ya existían elementos biológicos basados en el ADN, capaces de realizar " cálculos " a modo de chips biológicos . A pesar de todo ello, el gran interés de este elemento es que es el primer elemento mecánico absolutamente diseñado y construido por el hombre ( aunque sea biológico ) que es capaz de realizar un trabajo a escala nanométrica . Otra de las grandes ventajas de este brazo mecánico es que presenta una gran rigidez mecánica necesaria para mover moléculas tan grandes como las proteínas .

Evidentemente, amigo lector, usted se preguntará por la utilidad de este brazo mecánico . Su utilidad actual es escasa . Un posible uso de esta técnica es que con ella se podría estudiar el efecto de proximidad de unas moléculas sobre otras en diversos entornos químicos y biológicos . Utilizando palabras del propio Seeman: " hemos utilizado ADN sintético como material de construcción para crear un sistema mecánico molecular controlable " .

A pesar de todo esto siempre es aconsejable que usted, amigo lector, mantenga una sana incredulidad ante tales avances . En los últimos años hemos asistido a una excesiva atención por parte de los divulgadores y periodistas hacia estos avances científicos . Buena parte de estos supuestos avances en ciencia son sólo impresionantes vías de tren que no llevan a ningún sitio: vías muertas doradas . Eso no dice nada malo sobre los científicos que se embarcan en ellas . Siempre ha sido algo propio de la ciencia el desarrollo de vías muertas . Sólo el tiempo dirá si este avance lleva realmente a algún sitio o no y es necesario esperar un tiempo prudencial para evaluar la relevancia de este descubrimiento .

Bibliografía

Chengde Mao, Weiqiong Sun, Zhiyong Shen y Nadrian C . Seeman, Nature, 397, 144-146 ( 1999 ) .

Eloy Anguiano es doctor en Ciencias Físicas . Profesor de Ingeniería Informática en la Universidad Autónoma de Madrid .

Eloy . Anguiano@pcw . idg . es

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