Nanoquímica es una rama de la nanociencia relacionada con la producción y reacciones de nanopartículas y sus compuestos. Está relacionada con las propiedades características asociadas con ensamblajes de átomos o moléculas sobre una escala que varía de tamaño de los bloques individuales hasta las del material aglomerado(desde 1 hasta 1000 nm¹ ). A este nivel, los efectos cuánticos pueden ser significativos, teniendo así nuevas formas de llevar a cabo reacciones químicas. El profesor Geoffrey Ozin de la Universidad de Toronto es considerado como el padre de la nanoquímica. "Su visionario artículo "Nanochemistry - Synthesis in Diminishing Dimensions" (Advanced Materials, 1992, 4, 612) estimuló a todo un nuevo campo: proponía que los principios de la química podían aplicarse a la síntesis de materiales de "abajo hacia arriba" "sobre cualquier escala de longitud" mediante los "principios de construcción de bloques jerárquicos": esto es, utilizando bloques de construcción de escala nano/molecular "programados" con información química que los auto-ensamblará espontáneamente, de una manera controlada, en estructuras que abarcan un amplio intervalo de escalas de longitud”.

La nanoquímica es una de las tantas aproximaciones que la nanociencia tiene hacia el diseño, caracterización y racionalización de las propiedades y estructura de un material nanoestructurado.

Propiedades

Los primeros catenanos y rotaxanos fueron sintetizados en la década de 1960, pero no fue sino hasta hace unos años que se empezaron a considerar estas estructuras como posibles fuentes de una aplicación importante. Al principio, la síntesis de este tipo de estructuras era muy difícil ya que se utilizaban únicamente fuerzas intermoleculares e interacciones ácido-base para dirigir la reacción. Sin embargo, en la actualidad ya no existen ese tipo de impedimentos ya que se han diseñado métodos de síntesis que incorporan metales de transición para dirigir la reacción. Uno de los metales más empleados para esto es el cobre en estado de oxidación (I). Las estrategias más comunes consisten en formar un complejo con fragmentos coordinantes acíclicos para luego cerrar los fragmentos mediante una reacción de sustitución u otro tipo de reacción. El centro metálico puede ser removido posteriormente formando una sal insoluble con otro ligante para obtener el catenano libre.

La idea de producir motores moleculares con este tipo de estructuras proviene del estudio del mecanismo de la contracción muscular. En las células musculares existen arreglos en forma de fibras, con un filamento de miosina rodeado de filamentos de actina. El movimiento ocurre por deslizamiento de los filamentos impulsado por la hidrólisis del ATP. Haciendo una analogía con esta función biológica, se han preparado estructuras moleculares que presenten este tipo de movimiento. Uno de los sistemas más prometedores son los polipirroles que permiten doblar un polímero sólido en una dirección u otra dependiendo de la corriente eléctrica aplicada. Los rotoxanos se basan en el mecanismo de los sarcómeros del músculo, y el ciclo central no permite que la cadena en forma de mancuerna se deslice completamente fuera del sistema. Sin embargo un método químico interesante consiste en el intercambio de centros metálicos en un catenano. Para esto es importante que los ciclos tengan varios átomos donadores.

La promesa de esta tecnología se ha manifestado en la industria de la computación. La naturaleza móvil tanto de los rotaxanos como de los catenanos hace que se comporten como interruptores moleculares, lo cual implica una amplia gama de aplicaciones tecnológicas. Se ha pensado en ocupar estas moléculas para producir chips muy pequeños, donde los rotaxanos actúen como transistores. También se están desarrollando aplicaciones en las que funcionen como sistemas de almacenamiento de información para producir computadoras moleculares. De igual forma pueden ocuparse como sensores moleculares. Este tipo de aplicaciones se han trabajado ampliamente en los últimos años y se ha hecho un gran avance, pero aún es muy temprano para asegurar su efectividad y si serán capaces de cumplir las expectativas que han generado.

Datos curiosos.

Ésta es una imagen tri-dimensional de calibración tomada con el microscopio de fuerza atómica de la nave especial Phoenix de la nasa. Muestra detalles de la superficie de un substrato colocado en el microscopio de la nave. Servirá de ayuda para interpretar imágenes posteriores de partículas muy pequeñas del suelo marciano. El tamaño de la imagen es de 40 por 40 micras (una micra es una milésima de un milí­ metro, esta imagen cabría sin problemas en una pestaña). La distancia entre trincheras de la imagen mide 14 micras. Las dimensiones verticales han sido aumentadas para poder ver los detalles de la superficie, la altura de las trincheras es de 300 nanómetros. Ésta es la primera imagen de microscopía de fuerza atómica tomada en otro planeta el 9 de julio del 2008, durante el 44vo. día marciano desde que la nave Phoenix descendió en Marte Con métodos de microscopía electrónica, cientí­ ficos de Juelich han podido medir con precisión atómica distancias atómicas de unos pocos picómetros (un picómetro es 10-12m o una milé­ sima parte de un nanómetro) usando nuevos métodos de microscopía electrónica de ultraalta resolución. Esto permite encontrar parámetros decisivos que determinan las propiedades físicas de materiales directamente a nivel atómico. 6 9 de julio de 2008 6 25 de julio de 2008 Primera imagen de una nanoestructura tomada en Marte Mediciones de distancias con precisión de unos pocos picómetros.

Con métodos de microscopía electrónica, cientí­ ficos de Juelich han podido medir con precisión atómica distancias atómicas de unos pocos picómetros (un picómetro es 10-12m o una milé­ sima parte de un nanómetro) usando nuevos métodos de microscopía electrónica de ultraalta resolución. Esto permite encontrar parámetros decisivos que determinan las propiedades físicas de materiales directamente a nivel atómico.

Se ha desarrollado un sensor que funciona en la nanoescala y puede pesar moléculas con precisión atómica. El dispositivo fue fabricado usando un nanotubo de carbón de dos paredes con un electrodo pegado a uno de los extremos. Las partículas que llegan al nanotubo pueden ser pesadas debido a que al aumentar la masa, la frecuencia de vibración del nanotubo disminuye. Los investigadores probaron el dispositivo pesando átomos de oro evaporado en los nanotubos. Encontraron que podían medir masas tan pequeñas como dos quintos la de un átomo de oro (1.3x10-25Kg) en un segundo.

AUTORES: ALUMNOS DEL INSTITUTO TECNOLOGICO DE TAPACHULA

                     VAZQUEZ CASTRO .

                     VELAZQUEZ ROBLEDO.

                      VILLARREAL HERNANDEZ .