Aprendiendo a tejer con mol¨¦culas

¡°Los principios de la teor¨ªa de nudos son muy similares a los de tejer¡±, dice David Leigh, profesor de qu¨ªmica en la Universidad de Manchester y miembro de la Royal Society de Londres. Su grupo est¨¢ en la vanguardia de la construcci¨®n de nudos no con trozos de soga, sino con mol¨¦culas, y acaba de lograr un hito en ese campo: el primer nudo molecular con ocho cruzamientos. Lo que estos pioneros est¨¢n aprendiendo a hacer anudando mol¨¦culas tendr¨¢, seg¨²n espera Leigh, una aplicaci¨®n directa para tejer nuevas clases de materiales y nanom¨¢quinas. La ¨¦lite tecnol¨®gica ha reinventado el telar.

Los nudos convencionales son en s¨ª mismos una cultura ancestral, una t¨¦cnica y un arte. Nudo de tope para que las cuerdas no se deshilachen, gaza del pescador para atar una lazada alrededor de un soporte, pu?o de mono que funciona como una plomada, ayustes, cotes, vueltas, ligadas, nudos planos y de bot¨®n, de monta?a y decoraci¨®n, la lista es interminable. ¡°Los nudos pueden resultar a la larga tan vers¨¢tiles y ¨²tiles en la nanoescala como lo han sido en la macroescala¡±, auguran Leigh y sus colegas de Manchester, que presentan su investigaci¨®n en Science.

La teor¨ªa de nudos es una parte esencial de la topolog¨ªa, la disciplina geom¨¦trica que investiga las propiedades de los objetos que no cambian por mucho que se les deforme, siempre que no se rompan ni se les abra un agujero que no tuvieran antes. Los matem¨¢ticos conocen as¨ª que el par¨¢metro fundamental que describe la naturaleza de un nudo es el n¨²mero de veces que un tramo de cuerda se cruza con otro.

Tambi¨¦n saben que hay exactamente 84 nudos posibles que se pueden formar con nueve cruzamientos; y 6.000 millones de nudos con menos de 21 cruzamientos; e infinitos nudos con infinitos cruzamientos; y saben que cualquier nudo puede formarse trenzando varias cuerdas. El propio Leigh recomienda a los lectores de Materia esta entrada de Wikipedia para profundizar en la teor¨ªa de nudos.

La teor¨ªa de nudos es una parte esencial de la topolog¨ªa, la disciplina geom¨¦trica que investiga las propiedades de los objetos que no cambian por mucho que se les deforme

Pero la qu¨ªmica va muy por detr¨¢s de las matem¨¢ticas, e incluso de las artes de mariner¨ªa. Los qu¨ªmicos de Manchester han percibido con perplejidad que, por ejemplo, solo 4 de los 84 nudos de nueve cruzamientos se pueden formar trenzando dos cadenas qu¨ªmicas. Trenzar tres cadenas qu¨ªmicas mejora las opciones (hasta 25 de los 84), pero agrava exponencialmente los problemas t¨¦cnicos. Es resolviendo con inteligencia creativa algunos de estos como Leigh y su laboratorio han logrado el primer nudo de ocho cruzamientos. Su nombre es 819. El 8 es por los cruzamientos, y el 19 no es m¨¢s que un n¨²mero de serie.

Pero, si la topolog¨ªa ha demostrado que cualquier nudo se puede formar trenzando cadenas, ?puede la t¨¦cnica de Manchester ampliarse a escala para formar cualquier posible nudo? ¡°S¨ª¡±, responde Leigh, ¡°eso deber¨ªa ser posible, en principio, aunque hay algunos problemas que resolver primero, como el de controlar la secuencia de cruzamientos por arriba y por abajo en los nudos menos sim¨¦tricos que el que hemos hecho ahora¡±.

Como los principios del anudado son muy similares a los de tejer, explica el qu¨ªmico de Manchester, ¡°deber¨ªa ser posible utilizar lo que estamos aprendiendo sobre nudos moleculares para tejer cadenas moleculares y crear as¨ª nuevos tipos de materiales. En nuestro mundo cotidiano conocemos muy bien los beneficios de tejer: puedes tejer materiales que se estiran en una direcci¨®n u otra, manteniendo la forma, y que son ligeros, fuertes y flexibles. Con suerte podremos utilizar estos mismos conceptos para tejer cadenas moleculares y hacer as¨ª pl¨¢sticos y pol¨ªmeros con ventajas similares¡±.

Leigh pone el ejemplo del Kevlar, una fibra sint¨¦tica creada en 1965 por la qu¨ªmica polaca Stephanie Kwolek, y utilizada desde entonces para los chalecos antibalas, los frenos de los coches y ciertas piezas de los aviones. ¡°Es un pol¨ªmero super-robusto¡±, dice el cient¨ªfico, ¡°con una estructura qu¨ªmica que consiste en cilindros min¨²sculos que se empaquetan muy juntos, como l¨¢pices en una caja. Si podemos tejer cadenas moleculares en tejidos moleculares, quiz¨¢ podamos conseguir el mismo tipo de fuerza con un material m¨¢s ligero y flexible¡±.

Un bello ejemplo de qu¨ªmica, matem¨¢ticas y artesan¨ªa al servicio del conocimiento y de la industria del futuro.