Las estructuras organometálicas como se ven bajo un microscopio electrónico están formadas por cristales que juntos dan forma a estructuras multidimensionales con vastas áreas de superficie. Crédito:CSIRO / Dr. Paolo Falcaro, Dr. Dario Buso, con licencia CC BY 3.0 (cambio de color)
Algunos materiales son especiales no por lo que contienen, sino por lo que no contienen. Tal es el caso de las estructuras organometálicas (MOF), estructuras ultraporosas que se están desarrollando para una variedad de aplicaciones futuras, desde la protección contra incendios hasta la administración de fármacos.
Los MOF son, De hecho, los materiales más porosos conocidos por la humanidad. Un marco organometálico, el llamado NU-110, tiene una superficie tan grande que solo un gramo podría desplegarse para cubrir un campo y medio de fútbol.
Esa enorme superficie interna es el resultado de los componentes atómicos:átomos de metal unidos por moléculas orgánicas, formando una estructura similar a una jaula. Es jugando con la química de estas jaulas, e insertando diferentes objetos en su interior, que los científicos son capaces de contemplar tantas aplicaciones diferentes.
"Mediante una elección acertada de los metales y las moléculas enlazadoras, existe una gran cantidad de materiales que se pueden preparar con propiedades diseñadas para necesidades específicas, "dijo el Dr. Ross Forgan de la Universidad de Glasgow en el Reino Unido, que está explorando estructuras organometálicas para la administración de fármacos contra el cáncer.
Orientación activa
La mayoría de los medicamentos de quimioterapia terminan afectando el tejido sano y el tumor. de ahí los conocidos efectos secundarios de las náuseas, daño renal y caída del cabello. Para intentar resolver esto, algunos tratamientos de 'focalización pasiva' se basan en nanopartículas para aprovechar el hecho de que los tumores son mejores que las células normales para retener nanopartículas.
El objetivo del Dr. Forgan es mejorar y atacar activamente los tumores. Los medicamentos contra el cáncer se pueden cargar en estructuras organometálicas, mientras que los MOF en sí pueden diseñarse para adherirse específicamente a los tumores.
La focalización activa significa que todos los medicamentos terminan en la puerta de un tumor, generando así menos efectos secundarios. También significa que los médicos pueden aplicar tratamientos farmacológicos que, por lo general, son demasiado poderosos para considerarlos.
"Los marcos metalorgánicos no se acumulan, "dijo el Dr. Forgan." Una vez que hayan entregado su carga, se hidrolizarán (descompondrán), desmontaje en sus componentes metálicos y enlazadores, que puede elegirse por ser totalmente no tóxico ".
En la actualidad, El Dr. Forgan y sus colegas están desarrollando la química de estructuras organometálicas, utilizando ADN y otras moléculas, para que se adhieran a los tumores. Mientras tanto, Están desarrollando métodos para hacer MOF que sean rápidos, ajustable y repetible:todos los requisitos clave para las pruebas clínicas.
Los MOF podrían mejorar la focalización activa en el tratamiento del cáncer, lo que reduciría los efectos secundarios. Crédito:Dr. Ross Forgan de la Universidad de Glasgow
Aumento de 100 veces
Este año, hicieron un descubrimiento crucial:que la citotoxicidad, o efectividad, de los medicamentos contra el cáncer no depende en gran medida de su cantidad, sino por el mecanismo específico por el cual son asumidos. De hecho, El ajuste de este mecanismo con estructuras organometálicas ha permitido a los investigadores aumentar la citotoxicidad de moléculas anticáncer simples aproximadamente 100 veces.
Los marcos metalorgánicos se han promocionado como salvadores de casi todo. Potencialmente, podrían almacenar hidrógeno para la generación de electricidad limpia, realizar fotosíntesis artificial e incluso detectar armas químicas.
En el Instituto de Materiales IMDEA de Madrid, España, El profesor De-Yi Wang está explorando una aplicación potencialmente más extendida:la protección contra incendios. Los materiales ignífugos actuales se basan en moléculas orgánicas que contienen fósforo y, aunque eficaz, son perjudiciales para el medio ambiente y tienden a comprometer la rigidez de las superficies a las que se aplican.
Por otra parte, una estructura organometálica puede realmente mejorar las propiedades mecánicas de una superficie. También puede contener un compuesto retardante de llama, pero use menos para generar la misma protección.
"Podemos mejorar la resistencia al fuego de una manera más respetuosa con el medio ambiente, sin sacrificar las prestaciones mecánicas, o incluso mejorarlas, ", dijo el profesor Wang. Cuando su estructura de metal orgánico retardante de llama se expone al fuego, El profesor Wang explica:en lugar de quemarlo simplemente chars, protegiendo lo que hay debajo.
Inestable
Hasta aquí, tan bueno. Pero los problemas persisten, como el hecho de que las estructuras organometálicas no son muy estables en el agua, un problema si, por ejemplo, los científicos quieren incorporarlos en agua, pinturas ignífugas. El profesor Wang cree que la respuesta podría ser recubrir las estructuras organometálicas con tensioactivos (el detergente es un ejemplo común) para ayudarlas a estabilizarse y mezclarse con agua.
La buena noticia es que los MOF particulares que están utilizando el profesor Wang y sus colegas ya se pueden hacer rápidamente y en grandes lotes. lo que significa que una ruta de bajo costo hacia la industrialización parece factible.
"Muchos tipos de poliéster termoplástico en nuestra vida diaria podrían estar dotados de retardancia de llama y otras funciones, tales como propiedades mecánicas reforzadas, " él dijo.
