Presentan la rueda dentada más pequeña del mundo, 50.000 veces menor que el grosor de un cabello humano

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Cada vez más pequeños y complejos: sin la miniaturización, hoy no tendríamos los componentes que se requieren para computadoras portátiles de alto rendimiento, teléfonos inteligentes compactos o endoscopios de alta resolución.

Ahora se está investigando a nanoescala en interruptores, rotores o motores que se componen de solo unos pocos átomos para construir lo que se conoce como máquinas moleculares.

Un equipo de investigación de la FAU ha construido con éxito la rueda dentada impulsada por energía más pequeña del mundo con su contraparte correspondiente.

El nanoreductor es el primero que también se puede controlar y accionar de forma activa.

La miniaturización juega un papel clave en el desarrollo posterior de las tecnologías modernas y hace posible la fabricación de dispositivos más pequeños que tienen más potencia.

También juega un papel importante en la fabricación, ya que permite producir materiales y materiales funcionales o medicamentos con niveles de precisión sin precedentes.

Ahora, la investigación ha entrado en la nanoescala, que es invisible a simple vista, centrándose en átomos y moléculas individuales.

La importancia de este nuevo campo de investigación queda demostrada por el Premio Nobel de Química, que se otorgó por la investigación de máquinas moleculares en 2016.

Algunos componentes importantes utilizados en máquinas moleculares, como interruptores, rotores, fórceps, brazos robóticos o incluso motores, ya existen en la nanoescala.

Otro componente esencial para cualquier máquina es la rueda dentada, que permite cambios de dirección y velocidad y permite conectar los movimientos entre sí.

Las contrapartes moleculares también existen para ruedas dentadas, sin embargo, hasta ahora, solo se han movido pasivamente hacia adelante y hacia atrás, lo que no es extremadamente útil para una máquina molecular.

La rueda dentada molecular desarrollada por el equipo de investigación dirigido por el Prof. Dr. Henry Dube, Presidente de Química Orgánica I en la FAU y anteriormente director de un grupo de investigación junior en LMU en Munich, mide solo 1,6 nm, lo que corresponde a alrededor de 50.000 de el grosor de un cabello humano, el más pequeño de su tipo.

Pero eso no es todo.

El equipo de investigación ha logrado impulsar activamente una rueda dentada molecular y su contraparte y ha resuelto así un problema fundamental en la construcción de máquinas a nanoescala.

La unidad de engranajes consta de dos componentes que están entrelazados entre sí y están formados por solo 71 átomos.

Un componente es una molécula de tripticeno cuya estructura es similar a una hélice o rueda de cangilones (que se muestra en gris claro en la imagen).

El segundo componente es un fragmento plano de una molécula de tioíndigo, similar a una placa pequeña (que se muestra en dorado en la imagen).

Si la placa gira 180 grados, la hélice gira solo 120 grados.

El resultado es una relación de transmisión de 2:3.

El nanoengranaje está controlado por la luz, lo que lo convierte en un fotoengranaje molecular.

Como son impulsados directamente por la energía de la luz, la placa y la hélice de tripticeno se mueven en rotación síncrona bloqueada.

El calor por sí solo no era suficiente para hacer girar la unidad de engranajes, como descubrió el equipo de la FAU.

Cuando los investigadores calentaron la solución alrededor de la unidad de engranajes en la oscuridad, la hélice giró, pero la placa no: el engranaje “resbaló”.

Los investigadores llegaron así a la conclusión de que el nanorreductor puede activarse y controlarse mediante una fuente de luz.

Fuente: Nature Chemistry