Las máquinas moleculares son una clase de moléculas que normalmente se describen como un conjunto de un número discreto de componentes moleculares destinados a producir movimientos mecánicos en respuesta a estímulos específicos, imitando dispositivos macromoleculares como interruptores y motores. Las máquinas moleculares biológicas o naturales son responsables de procesos vivos vitales como la replicación del ADN y la síntesis de ATP . Las cinesinas y los ribosomas son ejemplos de máquinas moleculares y, a menudo, toman la forma de complejos multiproteicos . Durante las últimas décadas, los científicos han intentado, con distintos grados de éxito, miniaturizar máquinas que se encuentran en el mundo macroscópico. El primer ejemplo de una máquina molecular artificial (AMM) se publicó en 1994, presentando un rotaxano con un anillo y dos posibles sitios de unión diferentes . [ cita necesaria ]
En 2016, el Premio Nobel de Química fue otorgado a Jean-Pierre Sauvage , Sir J. Fraser Stoddart y Bernard L. Feringa por el diseño y síntesis de máquinas moleculares.
Las MMA se han diversificado rápidamente en las últimas décadas y sus principios de diseño, propiedades y métodos de caracterización se han delineado mejor. Un punto de partida importante para el diseño de AMM es explotar los modos de movimiento existentes en las moléculas, como la rotación alrededor de enlaces simples o la isomerización cis-trans . Se producen diferentes AMM introduciendo varias funcionalidades, como la introducción de biestabilidad para crear interruptores. Se ha diseñado una amplia gama de AMM, con diferentes propiedades y aplicaciones; algunos de estos incluyen motores moleculares , [1] interruptores y puertas lógicas . Se ha demostrado una amplia gama de aplicaciones para las AMM, incluidas aquellas integradas en sistemas poliméricos , de cristal líquido y cristalinos para funciones variadas (como investigación de materiales , catálisis homogénea y química de superficies ). [ cita necesaria ]
Varias definiciones describen una "máquina molecular" como una clase de moléculas típicamente descritas como un conjunto de un número discreto de componentes moleculares destinados a producir movimientos mecánicos en respuesta a estímulos específicos. La expresión suele aplicarse de manera más general a moléculas que simplemente imitan funciones que ocurren a nivel macroscópico. [2] Algunos requisitos principales para que una molécula sea considerada una "máquina molecular" son: la presencia de partes móviles, la capacidad de consumir energía y la capacidad de realizar una tarea. [3] Las máquinas moleculares se diferencian de otros compuestos que responden a estímulos y que pueden producir movimiento (como los isómeros cis - trans ) en su amplitud de movimiento relativamente mayor (potencialmente debido a reacciones químicas ) y la presencia de un estímulo externo claro para regular los movimientos. (en comparación con el movimiento térmico aleatorio ). [2] Los materiales piezoeléctricos , magnetoestrictivos y otros que producen un movimiento debido a estímulos externos a escala macro generalmente no se incluyen, ya que a pesar del origen molecular del movimiento los efectos no son utilizables a escala molecular.
Esta definición se aplica generalmente a las máquinas moleculares sintéticas, que históricamente se han inspirado en las máquinas moleculares biológicas naturales (también denominadas "nanomáquinas"). Las máquinas biológicas se consideran dispositivos a nanoescala (como proteínas moleculares ) en un sistema vivo que convierten diversas formas de energía en trabajo mecánico para impulsar procesos biológicos cruciales como el transporte intracelular , las contracciones musculares , la generación de ATP y la división celular . [4] [5]
¿Cuál sería la utilidad de tales máquinas? ¿Quién sabe? No puedo ver exactamente qué sucedería, pero no puedo dudar de que cuando tengamos algún control sobre la disposición de las cosas a escala molecular obtendremos una gama enormemente mayor de posibles propiedades que las sustancias pueden tener, y de las diferentes cosas que podemos tener. hacer.