Sondas magnéticas leen la química de los poros de COF en laboratorio

Dentro de un cristal poroso cuyos poros miden solo unos pocos nanómetros, ningún instrumento óptico puede ver lo que sucede. En la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU), los doctorandos Simona Bassoli y Sebastian Michler han encontrado otra manera de observar: añaden diminutas sondas magnéticas a los poros y leen cómo responden. El trabajo se publica en la revista Small y todavía se encuentra en fase de laboratorio.

Los materiales en juego son las redes orgánicas covalentes, o COF (covalent organic frameworks): compuestos porosos y cristalinos cuyos poros regulares los hacen útiles para filtrar contaminantes del agua o para actuar como catalizadores de reacciones químicas. Antes de que nada de esto pueda aprovecharse, el entorno químico dentro de los poros debe ajustarse con precisión, y eso exige medirlo con exactitud. El método estándar mide cuántas moléculas de nitrógeno quedan adsorbidas en los poros a unos -196°C. A esa temperatura, todo movimiento molecular se congela. El resultado es una instantánea que no dice nada sobre las interacciones químicas.

El equipo de Halle sustituye el nitrógeno por un tipo especial de sonda magnética que se disuelve en agua a temperatura ambiente. Estimuladas por microondas dentro de un campo magnético intenso, las sondas devuelven una señal de respuesta, que se lee mediante una técnica llamada espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica (EPR). El principio es simple: cuando una sonda toca la pared de un poro, su señal cambia. Esa señal indica cuántas sondas quedan unidas dentro de los poros, qué concentración tienen, qué tipo de enlace las sujeta a la pared y si las cadenas moleculares que recubren los poros atraen el agua (hidrofílicas) o la repelen (hidrofóbicas).

Para comprobar que el método detecta de verdad diferencias químicas, el equipo fabricó dos variantes de COF con poros contrastados: una con cadenas que atraen el agua y otra con cadenas que la repelen. El método complementa las técnicas analíticas establecidas, ya que aporta información distinta sobre el mismo material. Todavía no se han publicado cifras de precisión.

Para los laboratorios que diseñan materiales porosos, la ventaja es poder comprobar qué hace realmente un poro antes de usarlo para filtración o catálisis. El equipo no ha dado un calendario. Sus próximos pasos son determinar si las sondas pueden revelar otras propiedades del material y si el enfoque funciona con otros materiales porosos. Mientras no se respondan esas preguntas, el método seguirá siendo una herramienta de investigación.