Muchos grandes inventos se han inspirado en la naturaleza, pero el COF-505 está copiado directamente del hombre, más en concreto, del enhebrado de fibras para fabricar tejidos, actividad que data del Neolítico. La diferencia es que esta vez, las hebras son moleculares y el resultado es un tejido casi de ciencia-ficción.
Este nuevo compuesto, cuyo nombre deriva de las siglas Covalent Organic Framework (Armazón Orgánico Covalente) abre un nuevo capítulo en la ciencia de materiales, lo que ha merecido a su descubrimiento la portada del Science de esta semana.
Uno de los autores del trabajo, Felipe Gándara, es español y se desempeña en el Instituto de Ciencia de Materiales del CSIC, a las afueras de Madrid. En uno de los laboratorios de síntesis, entre botes de cristal llenos de líquidos fluorescentes de distinta intensidad hay una foto amarilleada de Einstein con su sempiterna sentencia: "Si buscas resultados distintos no hagas siempre lo mismo".
"Trabajé en Berkeley con uno de los autores principales del trabajo durante cinco años, hasta 2014 que volví", comenta Gándara a EL ESPAÑOL. "Es un proyecto que ya habían comenzado durante mi estancia, estaba ya involucrado".
La portada de Science con la investigación con participación española.
La creación de materiales flexibles con propiedades especiales -como una elevada porosidad o la capacidad de conducir mejor la electricidad- lleva varios años en boga. Sin embargo, la mayoría se fabrican en dos dimensiones, por ejemplo el grafeno. "Es normal ver metamateriales flexibles en 2D, pero en 3D es muy complicado porque la tercera dimensión confiere rigidez, algo que en esta ocasión se ha conseguido", explica a EL ESPAÑOL Enrique Gutiérrez Puebla, investigador en el mismo centro, autor de una tribuna al respecto en el mismo número de Science y, además, el mismo investigador que puso a Gándara hace años frente a un aparato de difracción.
Esta máquina dispara rayos-X a moléculas de estos materiales para registrar la reacción y, gracias a ello, inferir su estructura, algo muy relacionado con la labor que el español ha realizado en este trabajo.
Mirado al microscopio electrónico, el COF-505 es una malla en cuyo interior hay iones de cobre. Al retirar o volver a colocar los iones, el material mantiene la misma estructura pero su flexibilidad se multiplica o divide por diez. Es decir, pasa de ser rígido a ser elástico y de nuevo rígido.
Arriba, el patrón de tejido molecular con los iones de cobre dentro. Abajo, sin ellos.
El gran avance tecnológico en este caso está, según Gándara, "en el hecho de poder construir un material así; supone una novedad con respecto a cualquier otra técnica o acercamiento, que de manera controlada puedas tener hilos y cadenas moleculares, o enlazarlas en los puntos seleccionados, es algo completamente nuevo en estado sólido".
Las aplicaciones prácticas del COF-505 son potencialmente tan variadas que es imposible enumerarlas. Por ejemplo, crear estructuras pensadas para soportar impactos, como un parachoques, capaces de regular su flexibilidad en función de las necesidades. Los científicos incluso especulan con la posibilidad de que nuestra ropa y nuestro teléfono móvil puedan estar hechos, en un futuro, de este mismo material.
Gutiérrez Puebla sugiere además una aplicación medioambiental: "Si eliminas este ion de metal de cobre y pones el material en una disolución, por ejemplo, el agua contaminada de Aznalcóllar, el COF-505 chuparía todos los metales pesados que hay ahí, que son metales pesados y luego quedaría todo unido de una forma muy fuerte, como un bloque, que se podría sacar y el agua contaminada quedaría limpia", explica el investigador. "Hay otros sistemas más baratos, pero la efectividad de esto... podría eliminar prácticamente todo, hasta un nivel de partes por millón".
El material. A la izquierda, con iones; en el centro, sin ellos; a la derecha de nuevo con ellos.
Los iones metálicos sólo suponen, además, el 0,67% de la masa, son como un tapón sobre el que pivota toda la estructura. Si se quitan, ésta se vuelve diez veces más flexible. Si se ponen, vuelve a reconstruirse. "Es un proceso muy sencillo, de química de coordinación, basta con ponerle un disolvente adecuado", dice Gándara.
Gutiérrez Puebla añade que "es algo nuevo dentro de los COF, que son una clase de materiales que no tienen ni 10 años y ya tienen aplicaciones en energías limpias, almacenamiento de gases... y el COF-505 va a abrir otro paradigma".
El siguiente paso para estos investigadores será demostrar que este enhebrado molecular puede extenderse a otros complejos, otras moléculas u otra composición química. "Ya está en marcha", dice Gándara, "y pronto habrá otros ejemplos de
materiales con estas características pero diferente composición, lo cual les conferirá otras propiedades distintas".
Y así, la era de los meta-materiales acaba de pasar de las dos a las tres dimensiones usando, probablemente, una de las técnicas más ancestrales para conseguir algo duradero y flexible. La de las hilanderas.