Hoy en Dciencia os traemos una primicia y nuestra primera entrevista.

Científicos españoles liderados por el Grupo de Materiales Multifuncionales y Supramoleculares, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), perteneciente al CSIC han publicado hoy, 22 de julio de 2017, un importante artículo en la prestigiosa revista Science Advances. Los firmantes del relevante artículo son los siguientes:

Celia Castillo Blas del ICMM.

Víctor de la Peña O’Shea, del IMDEA-Energía.

Inés Puente Orench, del Institut Laue-Langevin (reactor nuclear de Grenoble).

Julio Romero de Paz de la UCM (Universidad Computense de Madrid).

Regino Sáez Puche de la UCM (Universidad Computense de Madrid).

Enrique Gutiérrez Puebla, del ICMM.

Felipe Gándara, del ICMM.

Ángeles Monge, del ICMM.

En el trabajo recogido en este artículo los investigadores han sido capaces de desarrollar materiales artificiales que son capaces de imitar estructuras complejas de la naturaleza. Vamos a ver un poco qué significa esto.

La naturaleza es capaz de crear estructuras complejas a través de la repetición controlada de fragmentos. Un ejemplo de esto es el ADN. Gracias a estas estructuras complejas los sistemas biológicos son capaces de llevar a cabo sus distintas funciones. Comprender cómo son estas estructuras complejas y lograr fabricarlas en un laboratorio puede suponer un importante avance que nos lleve a disponer de nuevos materiales con aplicaciones en diferentes campos.

Determinadas propiedades de los materiales, como su capacidad para conducir la electricidad, el magnetismo o su actividad como elementos catalíticos, dependen fundamentalmente de los elementos metálicos presentes en estos materiales. Pero también influye mucho como están distribuidos en su estructura, es decir, la posición en la que se colocan estos átomos metálicos en relación con la estructura global del material. Pues bien, uno de los hitos que ha conseguido este grupo de investigación es controlar y determinar la manera en que se ordenan estos elementos, a escala atómica y nanoescala. Para ello han utilizado unos materiales conocidos como redes metal-orgánicas (metal-organic frameworks o MOFs)

MOF, tomado de la web del grupo de investigación

MOF, tomado de la web del grupo de investigación

Los MOFs son un tipo de materiales cristalinos formados por la unión de puentes orgánicos y átomos metálicos. Se caracterizan por tener alta porosidad, actividad catalítica, conductividad o luminiscencia. Los MOFs se diseñan de distinta manera en función de la aplicación que se desea que tengan: distintos elementos metálicos, diferentes puentes orgánicos…

En este caso, los investigadores han seleccionado un tipo de redes metal-orgánicas con una estructura que hace que los elementos metálicos se dispongan formando hélices. Entonces han seleccionado diversos metales y los han puesto en posiciones concretas de este MOF.

En Dciencia hemos hablado con dos autores del trabajo, los doctores María Angeles Monge Bravo y Enrique Gutiérrez Puebla, que nos ayudan a entender mejor este trabajo y a comprender sus implicaciones futuras.

mariangelesmonje-

P- ¿Es la primera vez que se crean materiales complejos con secuencias diferentes de elementos metálicos en su estructura en el laboratorio?

R- Si, es la primera vez que se crean materiales multimetálicos donde los diferentes cationes adoptan secuencias diseñadas a priori.

Algunos ejemplos de secuencias periódicas en nuestros materiales, serían:

Zn-Mn-Co-Mn-Zn-Co-Co-Co-Zn-Co

Zn-Mn-Zn-Mn-Co-Co-Co-Co-Co-Mn

Co-Mn-Co-Co-Zn-Mn-Co-Co-Zn-Mn

P- ¿El gran avance de este trabajo es “colocar” los distintos elementos de un modo que no es al azar, sino de una manera dirigida?

R- Efectivamente, se conocen algunos  materiales multimetálicos distribuidos al azar. El avance es que hemos diseñado un MOF cuya síntesis se  controlada  cinéticamente, y permite un equilibrio en el que los catones metálicos se incorporan en posiciones determinadas que dan lugar a las distintas secuencias.

P- ¿Qué aplicaciones prácticas puede tener? ¿Diseño de nuevos materiales de alta conductividad? ¿Almacenamiento de energía? ¿Superimanes?

R- Los resultados del trabajo abren nuevas vías de estudio en el campo de las comunicaciones y la energía, magnetismo, catálisis heterogénea, química verde…

Por ejemplo en un futuro, con un microscopio de fuerzas atómicas (AFM) de altísima resolución se podrían leer las secuencias de cada nanocristal como códigos de información almacenada en cristales.

Cada cristal contiene información  a través de la repetición controlada de fragmentos, de una manera semejante al ADN en los sistemas biológicos (o como en la biblioteca de “cristales” en la película Superman).

P- El proceso para la obtención de estos materiales complejos artificiales ¿es escalable? Es decir, ¿se puede, en un futuro, trasladar a una escala industrial?

R-Sí, hemos conseguido controlar todas las variables de la síntesis para que sea repetitivo y escalable.

P- ¿Por qué en han escogido una estructura en hélice? Es, obviamente, el mismo patrón espacial que el del ADN. ¿Por qué se ha escogido para estos materiales?

R- Queríamos una plataforma quiral pensando en futuras aplicaciones como catalizadores.

P- Publicar un Science Advances  para un trabajo de química es muy complicado, mucho más “caro” que para un trabajo de tema biológico. ¿Cómo lo valoran? ¿Creen que será valorado por las instituciones españolas?

R- Para nosotros es una gran satisfacción y un reconocimiento a nuestra investigación.  Las instituciones españolas no creemos que lo valoren tanto como las extranjeras, en donde tenemos más reconocimiento

P- ¿Han hecho o tienen previsto hacer algún tipo de protección intelectual, vía patente?

De momento no hemos patentado,  preferimos patentar las futuras aplicaciones.

Foto del cristal y la estructura creada en el laboratorio del CSIC

Foto del cristal y la estructura creada en el laboratorio del CSIC