Izquierda:Representación esquemática de un gel de polímero cuyas cadenas se entrecruzan mediante motores moleculares giratorios (las partes roja y azul del motor pueden girar una con respecto a la otra cuando se les proporciona energía). Derecha:cuando se expone a la luz, los motores empiezan a girar, torciendo las cadenas de polímero y contrayendo el gel hasta en un 80% de su volumen inicial:de esta manera, parte de la energía luminosa se almacena como energía mecánica. Crédito:Gad Fuks / Nicolas Giuseppone / Mathieu Lejeune
Los sistemas vivos tienen la capacidad de producir movimientos moleculares colectivos que tienen un efecto a macroescala, como un músculo que se contrae mediante la acción concertada de los motores proteicos. Para reproducir este fenómeno, un equipo en el Institut Charles Sadron del CNRS dirigido por Nicolas Giuseppone, profesor de la Université de Strasbourg, ha elaborado un gel de polímero que puede contraerse mediante la acción de motores moleculares artificiales. Cuando se activa por la luz, Estos motores a nanoescala retuercen las cadenas de polímero en el gel, que como resultado se contrae en varios centímetros. Otra ventaja es que el nuevo material es capaz de almacenar la energía luminosa absorbida. Este artículo se publica en Nanotecnología de la naturaleza de 19 de enero de 2015.
En biología, Los motores moleculares son conjuntos de proteínas muy complejos que pueden producir trabajo consumiendo energía:participan en funciones biológicas fundamentales como la copia de ADN y la síntesis de proteínas, y subyacen a todos los procesos de movimiento. Individualmente, estos motores solo funcionan a distancias del orden de un nanómetro. Sin embargo, cuando millones de ellos se unen, pueden trabajar de forma completamente coordinada, y su acción puede tener un efecto a macroescala.
Los químicos han buscado durante muchas décadas producir este tipo de movimiento utilizando motores artificiales. Lograr esto, los investigadores del Institut Charles Sadron reemplazaron los puntos de reticulación de un gel, que reticulan las cadenas de polímero entre sí, mediante motores moleculares rotativos formados por dos partes que pueden girar entre sí cuando se les proporciona energía. Por primera vez, lograron que los motores funcionaran de manera coordinada y continua, hasta la macroescala:tan pronto como los motores se activan con la luz, retuercen las cadenas de polímero en el gel, lo que hace que se contraiga.
Al igual que en los sistemas vivos, los motores consumen energía para producir un movimiento continuo. Sin embargo, esta energía luminosa no se disipa totalmente:se convierte en energía mecánica a través de la torsión de las cadenas de polímero, y almacenado en el gel. Si el material se expone a la luz durante mucho tiempo, la cantidad de energía contenida en la contracción de las cadenas de polímero se vuelve muy alta, e incluso puede desencadenar una ruptura repentina del gel. Por lo tanto, los investigadores del Institut Charles Sadron ahora intentan aprovechar esta nueva forma de almacenar energía luminosa, y reutilizarlo de forma controlada.
