Científicos han producido un principio químico con el potencial de revolucionar la creación de moléculas especialmente diseñadas para extraer elementos radiactivos de los desechos nucleares.

En un estudio publicado en la revista ‘Chem’, los investigadores, de la Universidad de Indiana, indican que el método también es aplicable a moléculas creadas para extraer contaminantes químicos del agua y del suelo.

“Este trabajo representa un gran paso adelante en el esfuerzo de diseñar nanoestructuras especialmente diseñadas, proporcionando un nuevo y altamente preciso método para predecir cómo estas moléculas se comportarán en la solución”, dice el autor principal, Amar Flood, profesor en el Colegio de Artes y el Departamento de Ciencias de la Química de la Universidad de Indiana (IU, por sus siglas en inglés).

Flood señala que el estudio aborda el hecho de que es casi imposible predecir cuán eficientemente funcionará una molécula diseñada en el mundo real, ya que actualmente los químicos sólo pueden diseñar moléculas para funcionar aisladamente, a pesar de que las moléculas existen en combinación –o “en solución”– con otras moléculas. El agua salada, por ejemplo, es una solución de sal en agua.

Este experto comparó la situación con el diseño de una máquina en el espacio exterior y luego colocada en el fondo del océano: el dispositivo sumergido no funcionará igual que el diseño original. Esto es especialmente grave porque la creación de moléculas artificiales para cumplir una función específica requiere un diseño extremadamente preciso, como la construcción de una cerradura para encajar una llave.

Por ejemplo, una molécula especial desarrollada por el laboratorio de Flood, llamada ‘cyanostar’, consiste en una red en forma de estrella de cinco átomos de carbono y nitrógeno con un centro vacío –la “cerradura”– cuya forma específica genera moléculas de carga negativa como como los fosfatos y nitratos –la “llave”– para atrapar en el centro y romper con su anfitrión anterior. Si la solución se llena o deforma la cerradura, la llave podría no funcionar.

Las estructuras como la ‘cyanostar’ también se conocen como “moléculas receptoras” porque están especialmente diseñadas para recibir moléculas específicas. Además de lograr la reducción de residuos nucleares, esta tecnología puede utilizarse para eliminar el cloruro del agua –una parte del proceso utilizado para convertir el agua de mar en agua dulce– para eliminar el exceso de fertilizantes químicos del suelo o recoger iones de litio utilizados en energía renovable.

Diseñar nuevas reacciones moleculares con el objetivo en mente

Con los métodos de los que se informa en el documento, destaca Flood, los químicos pueden comenzar a diseñar nuevas reacciones moleculares con el objetivo final en mente. Específicamente, el nuevo principio encuentra que la atracción entre moléculas receptoras y moléculas de iones negativamente cargadas se basa en la constante dieléctrica del disolvente en el que se combinan. Una constante dieléctrica es una medida de la capacidad de una sustancia para estabilizar la carga eléctrica.

Para probar su método, el equipo de IU aplicó su nuevo principio químico a ‘triazolophane’ –una molécula diseñada para extraer el cloruro de las moléculas circundantes– en combinación con los disolventes químicos comúnmente utilizados en las reacciones para eliminar los iones no deseados de otros líquidos. En cada caso, los principios descubiertos por el grupo de Flood predijeron con exactitud la eficacia de las moléculas.

“El paradigma actual sólo funciona para los diseños moleculares en el tablero de dibujo, en la teoría –resalta el investigador principal responsable del método, Yun Liu, estudiante de doctorado en el laboratorio de Flood–. Pero queremos hacer moléculas que funcionen en la práctica para ayudar a resolver problemas en el mundo real”.

El equipo también destaca que la capacidad de predecir con precisión cómo una molécula funcionará en solución ayudará en el desarrollo de simulaciones de ordenador de alta precisión para probar rápidamente las moléculas químicamente diseñadas para lograr efectos específicos.

Fuente: Europa Press