Hoy en día, comúnmente encontramos chips RFID sin contacto en varios productos, pero ¿se puede implementar una tecnología similar a nivel molecular? La respuesta es sí. El principio de codificación molecular concebido por Miloslav Polášek y su equipo en IOCB Praga representa un método novedoso en la frontera de la química y las tecnologías modernas. Su artículo sobre la codificación paramagnética de moléculas se publicó recientemente en la revista Nature Communications .

El nuevo principio de codificación molecular y el prototipo de dicho sistema molecular fueron inicialmente solo ideas de ciencia ficción. Después de cinco años de desarrollo, el equipo logró crear moléculas con las características adecuadas, cuya estructura es adecuada para la incorporación de iones de elementos metálicos de tierras raras, los llamados lantánidos. Estos elementos tienen propiedades paramagnéticas especiales que permiten sintonizar la respuesta de la molécula en un campo magnético. La respuesta puede servir como portadora de información digital y, de forma análoga a los chips RFID, puede leerse en el espectro de radiofrecuencia mediante resonancia magnética nuclear. Además, estas construcciones moleculares pueden vincularse y combinarse aún más para crear una señal cada vez más compleja pero aún legible con una mayor capacidad de información digital.

"En nuestro artículo para Nature Communications , introdujimos el sistema más simple posible de dos moléculas unidas, en el que insertamos varias combinaciones de átomos de dos lantánidos seleccionados, disprosio y holmio. Demostramos que incluso con un sistema primitivo como ese, es posible crear cuatro señales únicas y usarlas para generar quince códigos digitales diferentes", dice Miloslav Polášek, jefe del Grupo de Química de Coordinación del Instituto de Química Orgánica y Bioquímica de la Academia Checa de Ciencias / IOCB Praga "Eso puede no parecer mucho al principio, pero la cantidad de códigos crece dramáticamente a medida que aumenta la cantidad de elementos. Cuatro elementos proporcionan 65.535 códigos, y con solo seis podríamos, por ejemplo, etiquetar con códigos únicos todos los billetes en euros actualmente en circulación. Teniendo en cuenta que podemos usar doce de estos elementos, obtenemos una herramienta con un potencial inmenso".

Una construcción molecular que permite la incorporación de átomos de lantánidos en ubicaciones definidas con precisión juega un papel clave. "Nuestro grupo trabaja con quelantes, que son moléculas que pueden formar enlaces con iones metálicos y encerrarlos en una estructura que parece una jaula. Utilizamos un aminoácido para unir estas jaulas moleculares que contienen metales y también vinculamos otro componente a ellos que actúa como un transmisor en el campo magnético y cuya frecuencia depende del tipo de iones metálicos y su orden", explica Jan Kretschmer, miembro del equipo de IOCB Praga y estudiante de la Facultad de Ciencias de la Universidad Charles.

Miloslav Polášek y su equipo no son los únicos interesados ​​en el uso de moléculas como portadoras de información; otros investigadores han buscado principalmente formas inspiradas en la biología, utilizando por ejemplo el ADN. La ventaja del ADN es su capacidad para contener cantidades masivas de información en una sola molécula. Por otra parte, una gran desventaja es su complicada lectura, que requiere la recogida y manipulación de una muestra, lo que además supone un riesgo de contaminación con un ADN diferente al del entorno circundante. La ventaja fundamental de la codificación molecular paramagnética es que la información se puede leer de forma remota. El proceso de lectura se puede repetir indefinidamente sin ningún daño a la molécula o agotamiento. La información se almacena de forma permanente.

"Cuando enviamos nuestro artículo a la revista por primera vez, uno de los revisores sugirió que brindáramos un ejemplo específico del uso del método. Lo tomamos como un desafío y realizamos dos experimentos. En el primero, usamos nuestro conjunto de moléculas para codificar una imagen con la palabra 'CÓDIGO' inscrita en ella, que luego leímos mediante resonancia magnética en colaboración con el equipo de Daniel Jirák del Instituto de Medicina Clínica y Experimental En el segundo experimento, utilizamos un método ligeramente diferente para codificar la palabra 'Lanthanide' en el código digital", agrega el Dr. Polášek.

El sistema molecular actual utiliza cuatro lantánidos diferentes y tiene una capacidad fiable de codificación de 16 bits; sin embargo, un sistema optimizado que utilice también los lantánidos restantes podría, en principio, permitir una codificación de 64 bits o incluso superior, y eso brindaría oportunidades para aplicaciones en muchas áreas. En principio, es posible etiquetar objetos microscópicos, como células, así como objetos macroscópicos, como medicamentos o billetes. El equipo de Miloslav Polášek está planificando aplicaciones en los próximos años no solo para química y farmacia, sino también para telemedicina y otros sectores centrados en el desarrollo de tecnologías innovadoras. + Explora más

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