El autoensamblaje molecular es el proceso de asociación espontánea de moléculas para crear mayores estructuras mediante la acción cooperativa de interacciones no covalentes, es decir en las que no se comparten electrones. Esta estrategia, utilizada ampliamente por los sistemas biológicos, es de gran interés ya que permite acceder a complejas supramoléculas funcionales, o edificios moleculares, a partir de sencillos bloques orgánicos, que actúan como ladrillos en esta estructura.
Una de las líneas del grupo de Materiales y Sistemas Moleculares nanoestructurados del Departamento de Química Orgánica de la UAM, dirigido por el Dr. David González Rodríguez, investiga la nanoestructuración de redes orgánicas sobre superficies para el diseño de nuevos materiales creados a medida.
Utilizando bases nitrogenadas presentes en el ADN como andamios supramoleculares,y aprovechando las posibilidades que brinda el autoensamblaje molecular, se ha conseguido un control riguroso a nivel nanométrico que ha permitido transferir un patrón de poros nanométricos a la escala macroscópica.
Se ha aprovechado la extraordinaria selectividad y direccionalidad de los enlaces de hidrógeno para moldear redes bidimensionales nanoporosas. Estas son especialmente interesantes ya que dan la posibilidad de inmovilizar en sus cavidades, de forma repetitiva y ordenada, moléculas huésped funcionales, según su tamaño, forma y estructura química.
Un gran avance en la fabricación de nanosistemas diseñados a medida
Los investigadores Nerea Bilbao y David González Rodríguez han desarrollado una estrategia novedosa y versátil en la que un tetrámero cíclico discreto se autoensambla a partir de cuatro unidades iguales (monómeros), mediante interacciones de tipo Watson‐Crick.
Después, los tetrámeros se ordenan formando redes porosas, guiados por la acción cooperativa de diversas interacciones secundarias (enlaces de hidrógeno, fuerzas de van der Waals e interacciones con el sustrato sólido).
Estas redes bidimensionales han sido estudiadas, en colaboración con el grupo de Steven De Feyter de la Katholieke Universiteit de Lovaina (Bélgica), mediante Microscopía de efecto túnel (STM), una potente herramienta que permite tomar imágenes de superficies a nivel atómico.
“Con este instrumento, se ha demostrado también la habilidad de estos tetrámeros para incorporar, en el interior de sus poros, moléculas huésped de tamaño complementario.” Explican los investigadores. Se han obtenido de forma reproducible ensamblajes bimoleculares con una molécula de tamaño y forma adecuada, como el coroneno, y de esta forma, se ha puesto de manifiesto la capacidad de reconocimiento molecular que posee este sistema.
Estos resultados son de notable valor para la comunidad científica, como demuestra su publicación en una de las mejores revistas científicas de este ámbito, ya que representan un avance considerable en la formación de sistemas diseñados a medida, que permiten acceder a un nivel superior en el control de la nanoestructuración en 2D aplicada al reconocimiento molecular; y con ello propiciar progreso en campos tan de actualidad como la electrónica molecular.
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Referencia bibliográfica:
Nerea Bilbao, Iris Destoop, Steven De Feyter and David González-Rodríguez. “Two-Dimensional Nanoporous Networks Formed by Liquid-to-Solid Transfer of Hydrogen-Bonded Macrocycles Built from DNA Bases”. Publicado como “Hot Paper” en Angew. Chem. Int. Ed. DOI:10.1002/anie.201509233.
Imagen: Arriba: Esquema de la estrategia de autoensamblaje molecular empleada para la nanoestructuración de redes bidimensionales. Abajo: imágenes STM de las redes de tetrámeros cíclicos obtenidas.
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