Pero claro ahora os estaréis preguntado, ¿Qué es eso? Y, ¿por qué debería importarme?
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| Figura 1: Fotografía de unos andamios [1]. |
¿Habéis visto un edificio en obras? ¿Podéis visualizar los andamiajes
que se usan en ellas? Pues más o menos eso es un MOF.
Estos compuestos consisten en estructuras, sorprendentemente
similares a unos andamios, donde las barras metálicas son moléculas orgánicas y
esos nodos sobre los que se unen son los distintos átomos metálicos, una Infraestructura
Órgano Metálica. Así que, técnicamente hablando, el Nobel de este año es para
unos arquitectos, sólo que trabajan con ladrillos muy muy muy pequeños.
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| Figuta 2: Versión simplificada de un MOF [2]. |
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| Figura 3: Versión menos simplificada de un MOF [3]. |
Pues mira que bien ahora, ¿por qué debería importarme?
Pues fácil, al combinar dos áreas de la química podemos obtener la
variabilidad funcional y de movilidad de las moléculas orgánicas y las propiedades
de las estructuras metálicas. Así podemos ver como en los últimos años se han
extendido infinidad de aplicaciones aprovechando sus características.
Por ejemplo, se puede aprovechar el “hueco” que queda dentro
de la estructura de los MOF para almacenar algún compuesto (como un fármaco) y elegir la
combinación de molécula organometálica idónea para que nuestro almacén se
abra en un momento preciso [2].
Video 1: Estructura 3D de MOFs [4].
Un claro ejemplo de esta aplicación está siendo desarrollada
por un grupo de investigadores españoles en el departamento de Química Orgánica de la Universidad de Murcia.
Uno de los objetivos más ambiciosos de la investigación está intentando combinar nuestros ya conocidos MOFs con unas “máquinas moleculares” conocidas como rotaxanos (que no cunda el pánico ahora explicamos qué es esto), moléculas con capacidad de realizar movimientos organizados, entre los que se encuentran girar o cambiar su estructura en respuesta a estímulos. Aunque los estudios se han centrado principalmente en el movimiento de los anillos de rotaxano dentro de la estructura, como un anillo moviéndose sobre una cadena, el control de los movimientos seguía siendo una gran desconocida. De ahí la magia de los autores que han inspirado esta entrada.
Poniéndonos técnicos los autores desarrollan MOFs con
rotaxanos amida-bencílicos como cadenas orgánicas.
Debemos imaginar a los rotaxanos como una estructura en forma
de mancuerna (las del gimnasio, sí) donde en la zona estrecha hay un anillo que
puede girar con libertad, pero no puede salir de su estructura.
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| Figura 4: Rotaxano [5]. |
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| Figura 5: Rotaxano esquemático [5]. |
Estos investigadores han demostrado que su sistema
puede:
- Modificar
su estructura interna al ser irradiados con luz, la presencia del doble enlace
carbono-carbono permite una fotoisomería E/Z.
- Modificar
su dinámica interna según la geometría del doble enlace.
- Actuar
como dispensadores moleculares capaces de desalojar un químico en su interior
de forma controlada [6].
Muy bonito y eso, ¿qué significa?
Simplificando un poco, tenemos que imaginarnos los dobles
enlaces como cadenas que dan rigidez a las moléculas, sin embargo, estas cadenas
pueden “fundirse” con ciertos tipos de luz (unas longitudes de onda concretas),
mientras las cadenas están "fundidas" la estructura puede cambiar a la forma E (más
inflexible) o la forma Z (con mayor libertad). Cuando se obtiene la forma más
flexible el anillo del rotaxano libera el compuesto almacenado. Con esto
podemos controlar con precisión cuándo queremos que se "fundan” las cadenas
de nuestra molécula, cambie de forma y se liberen el “paquete” que nuestro MOF
almacena [6].
El proceso de los autores para formar este tipo de
materiales pasa por tres etapas;
En la primera
se genera el rotaxano especial, diseñaron una cadena con dobles enlaces capaces
de cambiar de la forma E a la forma Z de forma reversible a la irradiación de
luz.
En la segunda etapa se utilizan cationes cobre como
puntos de unión entre los MOFs y los rotaxanos sintetizados. Obteniendo así una
estructura que, al apilarse, forma rendijas bidimensionales. Entre estas
rendijas se generan canales entre los que se alojan las cadenas de rotaxano. Lo
suficientemente apretadas como para que no se salgan, pero con espacio para
cambiar de posición o de forma. Crean dos MOFs, uno con el rotaxano en forma E,
más rígido y otro con la forma Z, más flexible.
En la tercera etapa se irradia luz sobre los materiales y se observó como algunos hilos de rotaxano cambiaban de la forma E a la Z y viceversa sin romper la estructura. Crean un material vivo, capaz de cambiar y transformarse, ya no es solo un “sólido inerte”, tiene dinamismo interno [6].
Unos MOFs muy similares a este se están empleando para el tratamiento antitumoral en ratones, consiguiendo que, al incidir un láser sobre la zona afectada, se libere el tratamiento de forma específica y minimizando los efectos secundarios.
Pero aquí vuelve la magia de
los MOFs, si cambiamos la molécula orgánica por otra que sea sensible al
pH, por ejemplo, conseguimos una máquina molecular que libera su contenido en
medios ácidos (como por ejemplo las células cancerígenas). También se están realizando ensayos de este método [7].
Como pueden imaginar podríamos estar todo el día hablando de
las innumerables aplicaciones en beneficio de la sociedad que tienen nuestros arquitectos, en ámbitos como la medicina o el medio ambiente. En medio ambiente
permitirían la captación selectiva de contaminantes, liberándolos cuando se
dieran las condiciones óptimas para su recuperación o degradación, también
supondrán un antes y un después en desafíos como la purificación de agua, la
captura de químicos tóxicos o el almacenamiento seguro de gases [8].
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| Figura 7: Otras aplicaciones de los MOF, filtrado [4]. |
Al final sólo podemos concluir que estamos viviendo
una revolución en la Química, una de esas de las que se habla en clase o en
televisión. Pero hemos encontrado una particularidad que no podíamos dejar
escapar. En esta revolución podemos participar todos, muchos de los artículos
aquí citados y a los que hemos tenido acceso no son de grandes investigadores o
de prestigiosas universidades. La variabilidad de estos compuestos es tan
sumamente amplia que cada facultad tiene un granito de arena que aportar.
Trabajos con luz, señales eléctricas, ambientes ácidos… Los MOFs también han
conseguido democratizar (aunque sea un poquito) la investigación, consiguiendo
que los pequeños también puedan aportar a los grandes descubrimientos.
Al final esta “arquitectura molecular” puede servirnos para
tender puentes entre los pequeños científicos y conseguir una sociedad un poco
más unida.
[1] What is Scaffolding - https://www.flyability.com/blog/scaffolding (Fecha de acceso 25/11/2025)
[2] Ganesh, V., & Berchmans, S. (2022). Metal‐Organic Framework‐Based Electrode Platforms in the Assembly of Biofuel Cells and Self‐Powered Sensors. ChemElectroChem, 9(11).
[3] Schematic drawing of a metal organic framework MOF structure - https://www.researchgate.net/figure/Schematic-drawing-of-a-metal-organic-framework-MOF-structure-MOF-5-is-shown-in-the-fi_fig1_325824373´
[4] Metal Organic Frameworks Episode 4: Future of MOFs - https://www.youtube.com/watch?v=MXjhcJrNVfI (Fecha de acceso 25/11/2025)
[5] Rotaxano -
[6] Saura-Sanmartin, A., Martinez-Cuezva, A., Bautista, D., Marzari, M. R., Martins, M. A., Alajarin, M., & Berna, J. (2020). Copper-linked rotaxanes for the building of photoresponsive metal organic frameworks with controlled cargo delivery. Journal of the American Chemical Society, 142(31), 13442-13449.
[7] Chen, X., Tong, R., Shi, Z., Yang, B., Liu, H., Ding, S., ... & Fang, W. (2018). MOF nanoparticles with encapsulated autophagy inhibitor in controlled drug delivery system for antitumor. ACS applied materials & interfaces, 10(3), 2328-2337.
[8] Echaide Górriz, C., Coronas Ceresuela, J., & Sorribas Roca, S. Síntesis de Membranas Mixtas MOF-Polímero para Nanofiltración.
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