Steve Granick, Director del IBS Center for Soft and Living Matter y Dr. Huan Wang, Compañero experimentado de investigación, informe junto con 5 colegas interdisciplinarios en la edición del 31 de julio de la revista Ciencias que las reacciones químicas comunes aceleran la difusión browniana enviando ondas de largo alcance al solvente circundante.

Los hallazgos violan un dogma central de la química, que la difusión molecular y la reacción química no están relacionadas. Observar que las moléculas se energizan mediante una reacción química es "nuevo y desconocido, "dijo Granick." Cuando una sustancia se transforma en otra rompiendo y formando enlaces, esto en realidad hace que las moléculas se muevan más rápidamente. Es como si las reacciones químicas se agitaran de forma natural ".

"En la actualidad, La naturaleza hace un excelente trabajo produciendo máquinas moleculares, pero en el mundo natural los científicos no han entendido lo suficientemente bien cómo diseñar esta propiedad. ", dijo Wang." Más allá de la curiosidad por comprender el mundo, Esperamos que prácticamente esto pueda resultar útil para guiar el pensamiento sobre la transducción de energía química para el movimiento molecular en líquidos, para nanorobótica, medicina de precisión y síntesis de materiales más ecológica ".

Las ondas inesperadas generadas por reacciones químicas, especialmente cuando está catalizado (acelerado por sustancias que no se consumen en sí mismas), propagarse de largo alcance. Para químicos y físicos, este trabajo desafía la opinión de los libros de texto de que el movimiento molecular y la reacción química están desacoplados, y que las reacciones afectan solo a las inmediaciones. Para ingenieros, este trabajo muestra un nuevo y poderoso enfoque para diseñar nanomotores a un nivel verdaderamente molecular.

Detección de 15 reacciones químicas orgánicas, los investigadores estudian reacciones químicas que son caballos de batalla con una amplia aplicación dentro de la química orgánica, industrias farmacéuticas y de materiales. Por ejemplo, Las reacciones de "clic" ayudan al ensamblaje de bibliotecas de compuestos biomédicos para el cribado y la reacción de Grubbs se utiliza para la fabricación de plásticos. Su impacto económico es importante. Las estimaciones indican que la mayoría de todos los productos fabricados requieren catálisis en algún lugar de su secuencia de producción.

Wang comentó con entusiasmo "Ahora, somos como un bebé dando sus primeros pasos y hay una gran oportunidad para hacer crecer a este bebé ".

Al diseñar su estudio, los investigadores se inspiraron biológicamente al notar que el movimiento puede ser impulsado por enzimas y otros motores moleculares que prevalecen en los sistemas vivos. Un trabajo pionero anterior del Dr. Ah-Young Jee en el mismo centro de investigación demostró esto. Pero no hubo consenso entre los científicos sobre si estos informes podrían extenderse correctamente fuera de la biología. Analizando el problema los investigadores hicieron un alto riesgo, argumento de alta rentabilidad. Plantearon la hipótesis de que el fenómeno formaría un enfoque para comprender las máquinas moleculares en el mundo real.

Probando su hipótesis, el equipo desarrolló nuevas técnicas analíticas. Profesor Tsvi Tlusty, un teórico, predijo que los catalizadores en gradientes de reacción deberían migrar "cuesta arriba" en la dirección de menor difusividad. Profesor Yoon-Kyoung Cho, un experto en microfluidos, diseñó un chip de microfluidos hecho a medida para probar esta idea. Dr. Ruoyu Dong, un investigador, realizó simulaciones numéricas por computadora. "Nuestro equipo interdisciplinario respondió increíblemente rápido a las oportunidades de investigación, gracias a la libertad de investigación del Instituto Coreano de Ciencias Básicas, "dijo Granick.

El equipo presenta pautas que muestran que la magnitud del aumento de la difusión en diferentes sistemas depende de la tasa de liberación de energía. Estas pautas pueden ser útiles en la práctica para estimar el efecto en reacciones aún no probadas. Más allá de esto, el estudio es muy útil para ampliar la comprensión de los materiales activos, un término colectivo que tradicionalmente se refiere a cosas como células y microorganismos.

Granick concluyó:"El campo de los materiales activos, bastante nuevo y en rápido crecimiento, se enriquece con este descubrimiento de que las reacciones químicas se comportan como nano nadadores hechos de moléculas individuales que agitan la sopa de reacción. El concepto de materiales activos ha demostrado su valor para desafiar un dogma central de la química ".

Estos hallazgos fueron publicados en el 31 de julio de Edición de 2020 de Ciencias revista. El estudio fue realizado en el IBS Center for Soft and Living Matter por los autores Huan Wang, Parque Myeonggon, Ruoyu Dong, Junyoung Kim, Yoon-Kyoung Cho, Tsvi Tlusty, y Steve Granick.