Los científicos han estado creando y probando varias nanomáquinas en laboratorios durante mucho tiempo. De hecho, se trata de construcciones moleculares cuya tarea es realizar alguna función útil: por ejemplo, administrar medicamentos a un órgano enfermo, identificar un patógeno o reparar algo. Cuando aparezcan los primeros nanorobots "útiles", ¿ayudarán a colonizar Marte y otros planetas?
Estas preguntas las responde Ben Feringa, profesor de la Universidad de Groningen en los Países Bajos. En 2016, junto con el francés Jean-Pierre Sauvage y el escocés Fraser, ganó el Premio Nobel por el diseño y creación de máquinas moleculares. “Sus nanomáquinas están hechas de elementos muy comunes como carbono, nitrógeno o azufre. ¿Podemos esperar componentes más exóticos en ellos, por ejemplo, metales de tierras raras o sustancias radiactivas?- Esta pregunta es muy difícil de responder por una simple razón: todavía no sabemos qué pueden y no pueden hacer tales construcciones moleculares. Al mismo tiempo, a pesar de las grandes diferencias en la estructura de nuestros nanomotores, rotores y otros elementos, todos nosotros, mi grupo, Stoddart, Sauvage y muchos otros colegas, seguimos trabajando exclusivamente con moléculas orgánicas. Por supuesto, nada nos impide imaginar que algo así se pueda crear utilizando exclusivamente compuestos inorgánicos. Por ejemplo, para construir una conexión compleja y hacer que, como nuestros motores moleculares, gire alrededor de su propio eje. Sin embargo, nadie ha ensamblado todavía tales nanomotores.
La razón es simple. Gracias al desarrollo de la química farmacéutica y de los polímeros, hemos aprendido a sintetizar muy rápidamente y bien compuestos complejos que consisten en cadenas de hidrocarburos. Estoy seguro de que se puede hacer lo mismo con los compuestos inorgánicos, pero para hacer esto, primero tenemos que entender cómo ensamblar tales moléculas.
Cuando se trata de isótopos radiactivos, no creo que lleguen a formar parte de nanomáquinas. Es probable que sus propiedades e inestabilidad inusuales los hagan inadecuados para trabajar como parte de sistemas moleculares estables que utilizan luz o electricidad como fuente de energía.
En este sentido, estamos más interesados en motores moleculares biológicos, cientos de variedades de los cuales están presentes en el cuerpo humano. Todas son máquinas de proteínas, muchas de las cuales contienen átomos de metal.
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Muy a menudo, juegan un papel clave en las reacciones que hacen que estas biomáquinas se muevan. Por lo tanto, me parece que una combinación de complejos metálicos y compuestos orgánicos que los rodean parece la más prometedora.
Este año celebramos el 150 aniversario de la tabla periódica. ¿Podría explicar cómo este logro de siglo y medio le ayuda a hacer descubrimientos hoy?
- La tabla periódica y las leyes inherentes a ella en realidad siempre nos ayudan a evaluar cómo se comportan los diferentes tipos de átomos vecinos y a predecir las propiedades de algunos compuestos.
Por ejemplo, algunos tipos de nuestros motores tienen incorporados átomos de oxígeno. Gracias a la tabla, entendemos que el azufre será similar en sus propiedades, pero al mismo tiempo es un poco más grande en tamaño. Esto nos permite controlar de forma flexible el comportamiento de dichas máquinas moleculares, intercambiando oxígeno por azufre y viceversa.
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Esto, por supuesto, no termina con nuestras capacidades de predicción. Hay muchas otras leyes descubiertas recientemente que permiten predecir algunas de las características de las nanomáquinas.
Por otro lado, dudo que podamos crear algo así como una tabla periódica para tales nanoestructuras. Aquí nosotros, si es posible en principio, no tenemos suficientes conocimientos.
Por lo tanto, podemos predecir aproximadamente cómo se comportarán los motores moleculares de diferentes tamaños, similar en estructura, pero no podemos hacer esto para sistemas radicalmente diferentes o diseñar algo desde cero sin realizar experimentos.
Recientemente dijiste que los primeros nanorobots de pleno derecho aparecerán en unos cincuenta años. Por otro lado, hace solo un año y medio, la primera "carrera" de tales nanomáquinas tuvo lugar en Francia. ¿Qué tan lejos estamos de la aparición de nanodispositivos autónomos?
- Debe entenderse que todas las máquinas moleculares que existen en la actualidad son muy primitivas tanto en estructura como en propósito. De hecho, tanto nuestro coche, que montamos en 2011, como estos "coches de carreras" se crearon no para resolver ningún problema práctico, sino para satisfacer la curiosidad.
Tanto nosotros como nuestros colegas estamos desarrollando dispositivos de este tipo para resolver problemas muy simples: estamos tratando de descubrir cómo hacer que las moléculas se muevan en una dirección u otra, se detengan y ejecuten otros comandos simples. Este es un problema interesante pero puramente académico.
El siguiente paso es mucho más difícil y serio. Es importante comprender si es posible involucrarlos en tareas verdaderamente prácticas: transportar mercancías, ensamblar en estructuras más complejas y responder a estímulos externos.
Por ejemplo, las nanomáquinas se pueden utilizar para crear ventanas inteligentes que respondan a los niveles de iluminación de las calles y puedan repararse por sí mismas; antibióticos que funcionan solo cuando aparece una determinada señal química o luminosa. Me parece que esas cosas aparecerán mucho antes de lo que piensas, en los próximos diez años.
* Nanobolid * en la pista de carreras a partir de un sustrato de cobre.
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La creación de nanorobots en toda regla capaces de realizar operaciones dentro del cuerpo o resolver problemas complejos, por supuesto, llevará más tiempo. Pero, de nuevo, estoy seguro de que nosotros también podemos hacerlo. Existen innumerables robots de este tipo en el cuerpo humano, y nada nos impide construir sus copias artificiales.
Por otro lado, nosotros, como he dicho más de una vez, estamos ahora en el mismo nivel de desarrollo que la humanidad en los días de los hermanos Wright. Primero, debemos decidir qué y por qué crearemos, y luego pensar cómo hacerlo.
Me parece que no debes copiar sin pensar lo que ha inventado la naturaleza. A veces, los sistemas completamente artificiales, como aviones o chips de computadora, son mucho más fáciles de crear que los análogos de un ala o un cerebro humano.
En otros casos, es más fácil tomar lo que los organismos vivos ya han creado, por ejemplo, algunos anticuerpos, y unirles un medicamento o parte de una nanomáquina. Ya se están utilizando enfoques similares en medicina. Por tanto, no se puede decir de forma inequívoca que alguno de ellos resultará más prometedor y correcto para todas las posibles aplicaciones de los nanorobots.
En los últimos años, han aparecido dos "clases" de nanomáquinas: estructuras relativamente simples que reciben energía del exterior y estructuras más complejas, análogos completos de motores, capaces de producirla de forma independiente. ¿Cuáles están más cerca de la realidad?
- Los motores químicos, algo similares a los análogos en las células vivas, realmente comenzaron a aparecer. Recientemente hemos creado varios dispositivos similares en nuestro laboratorio.
Por ejemplo, logramos ensamblar una nanomáquina capaz de usar glucosa y peróxido de hidrógeno como combustible y transportar nanotubos, nanopartículas y otras estructuras pesadas en cualquier dirección.
Es difícil decir cuán prometedoras son, todo depende de las tareas a resolver. Si necesitamos organizar el "transporte" de algunas moléculas, entonces son ideales para ello. Para crear ventanas inteligentes u otros dispositivos, a su vez, ya debe buscar otro material.
Además, todavía no entendemos qué es exactamente lo que nos falta, qué análogos de las máquinas clásicas se pueden crear usando moléculas y dónde se moverá toda nuestra esfera en general. De hecho, acabamos de empezar a desarrollarlo. Hasta ahora, solo una cosa está clara: las nanomáquinas se diferencian de las biomáquinas en nuestras células y de sus “hermanas mayores” en el macrocosmos.
Si hablamos del futuro lejano, ¿es posible utilizar máquinas moleculares capaces de copiarse a sí mismas para resolver problemas globales, por ejemplo, para conquistar Marte u otros planetas?
- Me resulta difícil hablar de otros mundos, ya que este tema va mucho más allá de mis competencias. Sin embargo, creo que es poco probable que las nanomáquinas se utilicen para tales fines en primer lugar. Cuando intentamos dominar un entorno nuevo y muy duro, necesitamos tecnología muy confiable, no algo experimental.
Por lo tanto, me parece que tales máquinas encontrarán primero una aplicación en la Tierra. Podemos decir que esto ya está sucediendo: en los últimos años, los químicos han creado cientos de estructuras muy complejas de muchas moléculas, las llamadas estructuras supramoleculares, que pueden unirse selectivamente a ciertos iones e ignorar todo lo demás.
Por ejemplo, mi colega Francis Stoddart fundó recientemente una startup en la que desarrolla complejos que pueden extraer oro de los desechos mineros y los vertederos. En el pasado, la creación de tales compuestos se habría considerado la fantasía de los alquimistas.
Hablar sobre nanomáquinas suele causar un miedo genuino entre el público, por temor a que los futuros robots microscópicos destruyan la civilización y toda la vida en la Tierra. ¿Es posible luchar contra esto de alguna manera?
“Estos problemas tienen mucho que ver con Creation Machines: The Coming Era of Nanotechnology, escrito por Eric Drexler en 1986. El escenario de la muerte de la humanidad como resultado de la autopropagación del "moco gris" presentado en él es conocido hoy por casi todos.
De hecho, no hay nada inusual aquí: cuando creamos nuevas nanomáquinas, tomamos las mismas precauciones que cuando trabajamos con productos químicos nuevos y potencialmente tóxicos.
A este respecto, los componentes de los nanorobots no difieren en su potencial destructivo de los "bloques de construcción" a partir de los cuales se ensamblan las moléculas de nuevos fármacos, polímeros, catalizadores y otros productos químicos "ordinarios".
Como cualquier otra droga o producto alimenticio, estas estructuras moleculares tendrán que pasar por una gran cantidad de pruebas de seguridad que mostrarán si pueden "rebelarse" y destruir a la humanidad.
De hecho, no hay nada sorprendente en tales miedos: la gente está acostumbrada a tener miedo de algo nuevo e inusual. Cada década hay una nueva "historia de terror" del mundo de la física, la química o la biología, que reemplaza las cosas a las que ya estamos acostumbrados. Ahora, por ejemplo, se ha puesto de moda temer y criticar al editor genómico y la inteligencia artificial CRISPR / Cas9.
¿Qué deberían hacer los científicos? Me parece que nuestra tarea es simple: debemos ayudar al público a descubrir qué es verdad y qué es ficción. Es importante comprender los beneficios prácticos de estos nuevos descubrimientos y dónde radica su peligro real.
Por ejemplo, si las personas entienden que CRISPR / Cas9 puede curarlas de enfermedades asociadas con defectos genéticos o aumentar la productividad de las plantas, tendrán menos razones para temer esta tecnología. Lo mismo ocurre con las nanomáquinas del futuro.
