La técnica que permite quitar un átomo del núcleo de una molécula con precisión absoluta

Por primera vez, un grupo de investigadores logró quitar un único átomo del núcleo de una molécula individual con una precisión que hasta hace poco pertenecía al terreno de la ciencia ficción. Este avance, liderado por equipos de Chalmers University of Technology, IBM Research Europe—Zurich y CiQUS de la Universidad de Santiago de Compostela, marca un antes y un después en la capacidad de los científicos para intervenir la materia a escala atómica.

El hallazgo, publicado en el Journal of the American Chemical Society, podría transformar el desarrollo de medicamentos, la creación de nuevos materiales y el reciclaje avanzado de plásticos, según informaron los protagonistas del estudio.

A simple vista, el mundo que nos rodea está formado por estructuras sólidas e inmutables. Sin embargo, en el interior de cada objeto, las moléculas y los átomos funcionan como piezas de un complejo rompecabezas que define las propiedades y funciones de todo lo que existe. Manipular estos bloques básicos —y hacerlo con la destreza de quien mueve una ficha de ajedrez— es el sueño de la química moderna. Ahora, ese sueño acaba de dar un paso decisivo.

¿Qué es la edición esquelética y por qué es revolucionaria?

La técnica empleada se conoce como edición esquelética. En términos sencillos, la mayoría de las intervenciones químicas tradicionales solo modifican los extremos o “accesorios” de una molécula, como si se cambiara el color de una pared sin tocar la estructura de una casa. En cambio, esta alternativa permite alterar directamente el esqueleto central de la molécula, insertando, eliminando o intercambiando átomos específicos.

“Demostramos que es posible modificar moléculas individuales con precisión atómica. El proceso se asemeja a un Lego atómico donde se eliminan o reemplazan átomos seleccionados”, afirmó Henrik Grönbeck, profesor del Departamento de Física de la Universidad Tecnológica Chalmers.

Esta capacidad resulta esencial, ya que muchas veces la diferencia entre dos medicamentos —o entre un plástico biodegradable y uno persistente— depende de la presencia o ausencia de un solo átomo en el núcleo de la molécula.

Hasta ahora, modificar ese núcleo implicaba reconstruir toda la molécula desde cero, un proceso costoso y lento. La nueva técnica permite realizar ese ajuste sin rehacer la estructura entera, lo que podría impulsar el desarrollo de fármacos o materiales con características inéditas, según destacaron la Universidad Tecnológica Chalmers y el Journal of the American Chemical Society.

Cómo se logró el experimento

El equipo diseñó una molécula precursora formada por 20 átomos de carbono y 1 de oxígeno. Esta se depositó sobre una superficie de cobre cubierta con finas capas de cloruro de sodio, en condiciones de vacío extremo y temperaturas cercanas a –268 ℃ (–450,4 ℉), para garantizar la máxima estabilidad y evitar cualquier alteración indeseada.

La manipulación se realizó utilizando un tipo especial de microscopio, capaz de observar y mover átomos de manera individual. El instrumento combina dos tecnologías: la microscopía de fuerza atómica y la de efecto túnel.

Los investigadores localizaron moléculas individuales y aplicaron impulsos eléctricos precisos desde la punta del microscopio. De este modo, extrajeron selectivamente el átomo de oxígeno del núcleo, mientras los átomos de carbono permanecieron intactos, generando una nueva arquitectura molecular.

Este procedimiento, considerado una de las transformaciones más sofisticadas de la edición esquelética, representa un salto cualitativo en el control de las reacciones químicas a escala atómica. El Journal of the American Chemical Society explicó que, hasta la fecha, ninguna otra técnica había permitido intervenir con semejante exactitud en la estructura interna de una molécula individual.

Qué revelaron los resultados

Para analizar las consecuencias de la intervención, los científicos utilizaron técnicas avanzadas de microscopía capaces de visualizar los átomos uno por uno. Detectaron que, en la mayoría de los casos, el oxígeno extraído migraba hacia el borde de la molécula, aunque en algunos casos desaparecía por completo. Para comprender el mecanismo detrás de estos cambios y la selectividad observada, recurrieron a cálculos complejos de mecánica cuántica.

Además, la edición esquelética demostró ser versátil: permite modificar solo el átomo clave que determina la función de una molécula, algo de enorme relevancia para el diseño de medicamentos.

Los investigadores señalaron que esta técnica podría facilitar la obtención de compuestos con mejores propiedades terapéuticas y menor toxicidad, ya que el desarrollo de nuevos fármacos dependerá cada vez más de la capacidad de ajustar estructuras con este nivel de precisión.

Implicancias para medicamentos y materiales

Según la Universidad Tecnológica Chalmers, el avance abre la posibilidad de modificar el esqueleto de moléculas candidatas a medicamentos sin necesidad de crear rutas sintéticas completamente nuevas. Esto no solo ahorra tiempo y recursos, sino que también amplía el universo de compuestos posibles, permitiendo explorar variantes que antes resultaban inaccesibles.

En el ámbito de los materiales, la técnica podría revolucionar el reciclaje avanzado de plásticos. Al modificar la estructura interna de los polímeros con precisión atómica, se facilitaría su transformación y reutilización, lo que representa un paso adelante hacia una economía circular en la industria de los materiales.

El futuro de la manipulación atómica

Mirando hacia adelante, los autores del estudio planean emplear este método para crear moléculas extremadamente inestables, imposibles de obtener con los métodos tradicionales, y para adaptar propiedades químicas o electrónicas de nanomateriales orgánicos.

“Planeamos sintetizar y estudiar moléculas esquivas que son demasiado inestables para la química convencional en solución”, adelantó Shantanu Mishra, profesor asistente del Departamento de Física de Chalmers University of Technology.

Este descubrimiento marca una nueva era en la manipulación de la materia: fabricar moléculas ajustando cada átomo a voluntad deja de ser una fantasía y se convierte en una herramienta real para la ciencia y la tecnología. El impacto de este avance en la química, la medicina y los materiales recién comienza a vislumbrarse.