IBM celebra o 30 aniversario do Microscopio de Forza Atómica cun traballo coa USC publicado na portada de Nature Chemistry

Investigadores do IBM Research Institute en Zürich e do CiQUS da USC observaron por primeira vez a escala atómica un reagrupamento molecular coñecido como a ciclación de Bergman, unha reacción descrita en 1972 polo químico norteamericano Robert G. Bergman que hoxe destaca na súa portada a revista Nature Chemistry .

“Trátase dunha reacción fascinante”, afirma o investigador da USC e coautor do traballo, Diego Peña, que explica que “nun principio este reagrupamento molecular se considerou unha simple curiosidade”. Non obstante, un achado nos anos 80 dispararía a súa popularidade: “observouse que o mecanismo de acción dalgunhas substancias antitumorais estaba baseado precisamente nesta reacción, polo que, naturalmente, este descubrimento atraeu unha grande atención da comunidade científica. Desde entonces, converteuse nunha reacción moi coñecida no ámbito da química orgánica”.

A clave para a visualización da reacción de Bergman foi a técnica coñecida como Microscopía de Forza Atómica (AFM, nas súas siglas en inglés), baseada no uso dunha punta extremadamente fina capaz de medir pequenas forzas entre o seu extremo e a mostra. O AFM desenvolvérono en 1986 os científicos de IBM Gerd Binnig e Christoph Gerber xunto con Calvin Quate, investigador da Universidade de Stanford. Binnig e o seu colega Heinrich Rohrer recibiron o Premio Nobel de Física en 1986 polo desenvolvemento do Microscopio de Efecto Túnel (STM), precursor do AFM.

I nducindo reacciones químicas en moléculas individuais
Recentemente, os científicos de IBM en Zúrich modificaron a punta do seu microscopio AFM acoplando unha única molécula de monóxido de carbono –do tamaño dunha décima de nanómetro-, que permite obter imaxes moi claras doutras moléculas, así como dos enlaces entre átomos que as forman. O grupo de IBM liderado por Gerhard Meyer e Leo Gross publicou por primeira vez esta técnica en 2009 na revista Science, mostrando ao mundo unha asombrosa imaxedunha molécula chamada pentaceno. En anos posteriores seguiu traballando no refinamento da técnica máis alá mesmo do que se previra inicialmente, facilitando así adiantos científicos de gran relevancia.

Para Leo Gross, a gran diferenza desta técnica respecto a outras é que permite analizar moléculas individuais. “Outra vantaxe engadida é que podemos usar a punta do microscopio para inducir reaccións nestas moléculas, seguindo todo o proceso cunha extraordinaria resolución a nivel atómico”.

O traballo que hoxe ve a luz permitiu a L. Gross e o seu equipo explorar un novo campo de aplicación para a súa técnica: a capacidade de inducir reaccións químicas, como avalou o caso da ciclación de Bergman. “Traballando a baixa temperatura e sobre superficies inertes, somos capaces de estabilizar intermedios reactivos que, en condicións habituais, teñen tempos de vida demasiado curtos para ser estudados con detalle. Non só dispomos da capacidade para formar intermedios moi reactivos coa punta do microscopio rompendo e formando enlaces de moléculas individuais, senón que ademais podemos inducir o intercambio entre diferentes intermedios. Así modificamos as propiedades máis importantes destas moléculas, o que inflúe na súa reactividade, estrutura e comportamento tanto a nivel óptico como electrónico ou magnético”, afirma Gross.

Diego Peña considera que este traballo demostra o gran potencial da técnica AFM para descubrir novas reaccións inesperadas. “Despois de décadas de rigorosa investigación en química en disolución, as posibilidades de dar con novas reaccións que sexan realmente importantes son moi limitadas. Pola contra, a química en moléculas individuais mediante manipulación atómica no fixo máis que comezar, polo que cabería agardar apaixonantes descubrimentos nos próximos anos”.

Desafíos moleculares
Entre os próximos retos de investigación do grupo atópase a síntese de moléculas e redes moleculares nanométricas á carta que non podan ser obtidas por outros medios, ademais de explorar novas aplicacións como os dispositivos lóxicos moleculares, baseados na transferencia de electróns individuais.

Neste sentido, o investigador posdoutoral de IBM Bruno Schuler, primeiro autor do traballo, sinala que as moléculas investigadas poderían converterse en compoñentes destes dispositivos lóxicos moleculares. “Podemos imaxinarnos redes covalentes destas moléculas que poden modificar as súas propiedades magnéticas e electrónicas, o que sería de grande utilidade para o desenvolvemento destes dispositivos no futuro”.