Nuevo método de medición en electrónica molecular
Método para medir la conductividad de moléculas farmacéuticas y biológicas individuales
El control de las señales eléctricas mediante moléculas individuales permite la miniaturización de los transistores en los circuitos integrados hasta el nivel atómico. Esta área de investigación de la electrónica molecular no sólo prepara el camino para la próxima generación de ordenadores ultrapotentes, sino también para sistemas y métodos electrónicos totalmente nuevos. Los grupos de investigación que colaboran en la Universidad Jacobs de Bremen y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Wuhan (China) han desarrollado un método para medir la conductividad de moléculas farmacéuticas y biológicas individuales.
Los electrodos de oro (amarillo) equipados con receptores macrocíclicos orgánicos (verde) permiten la captura de moléculas individuales de fármacos a partir de una solución acuosa (centro) y la medición y el análisis de su conductividad eléctrica.
Angewandte Chemie
Los resultados de su trabajo de investigación recientemente publicado han sido seleccionados como "Hot Paper" por los editores de la revista Applied Chemistry ("Angewandte Chemie"). La revista clasifica el tema como muy relevante en un campo de investigación que cambia rápidamente.
En la electrónica molecular, las moléculas individuales se estiran entre dos electrodos para formar un elemento conductor de la electricidad en el que luego se mide la conductividad molecular. Aunque el método subyacente a este fenómeno, la microscopía de barrido en túnel, fue galardonado con el Premio Nobel hace más de treinta años, sigue existiendo una importante limitación: Para acceder a la conductividad molecular, las moléculas a medir tenían que estar permanentemente unidas a los electrodos inorgánicos de oro, normalmente a través de puentes de azufre.
"Hemos modificado los dos electrodos de manera que no sólo podemos determinar la conductividad molecular de una sola molécula. Más bien, ahora podemos intercambiar los compuestos a voluntad para medir las conductividades de muchas moléculas diferentes en sucesión", dijo Werner Nau, profesor de química de la Universidad Jacobs. Su grupo de investigación se dedica a desarrollar nuevos métodos fisicoquímicos y compuestos híbridos avanzados para las ciencias de la vida y los materiales.
En la nueva configuración de medición electrónica, ambos electrodos están modificados con receptores macrocíclicos orgánicos para que las moléculas de soluto puedan adherirse a la unión y también desprenderse. Esto es comparable a las conexiones de enchufe en ingeniería eléctrica. Permiten intercambiar elementos eléctricos, por ejemplo para sustituir componentes defectuosos o incorporar aquellos con propiedades diferentes. "En pocas palabras, hemos conseguido introducir conexiones eléctricas de enchufe a nivel de moléculas individuales. Ahora utilizamos enlaces supramoleculares en lugar de covalentes en el lugar de conducción. Esto permite realizar mediciones y efectos dinámicos completamente nuevos", afirma Suhang He, uno de los autores principales de la publicación e investigador postdoctoral de la Universidad Jacobs. La ventaja adicional de este método es que se pueden estudiar moléculas nativas y no modificadas, por lo que ya no es necesaria la introducción invasiva de grupos de azufre".
En su primer estudio, el equipo germano-chino está aplicando las recién descubiertas conexiones eléctricas supramoleculares en la biodetección, entre otras cosas, para detectar compuestos biológicamente relevantes como la camptotecina, un fármaco utilizado en quimioterapia. Midiendo el cambio de conductividad eléctrica, por ejemplo, se ha podido mostrar cómo se protonan y desprotonan las moléculas individuales del fármaco en las nuevas uniones eléctricas. En el ámbito de la física y la ingeniería, el nuevo método de electrónica molecular tiene potencial para aplicaciones informáticas moleculares avanzadas. Esto se debe a que muestra cómo se pueden medir y comprobar rápidamente las diferentes propiedades de los conductores moleculares.
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