En horas de la madrugada de este miércoles 8 de octubre, la Real Academia Sueca de Ciencias anunció que otorgaba el premio Nobel de Química 2025 a los científicos Susumu Kitagawa (Japón), Richard Robson (Reino Unido) y Omar M. Yaghi (Jordania), por el desarrollo de estructuras metalorgánicas, o MOF, por sus siglas en inglés. “Han desarrollado una nueva forma de arquitectura molecular”, sintetizó la Real Academia en un comunicado de prensa.
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Estas estructuras, agregó Heiner Linke, presidente del Comité Nobel de Química, “tienen un enorme potencial, ya que ofrecen oportunidades antes impensables para crear materiales a medida con nuevas funciones”. Para que se haga una idea, pueden utilizarse para obtener agua del aire del desierto, capturar dióxido de carbono (el CO₂, uno de los principales gases contaminantes responsables del cambio climático) o para extraer residuos tóxicos del agua.
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Para hacernos una imagen de cómo son las estructuras metalorgánicas, Mario Alberto Macías, químico con un doctorado en Química de la Universidad Industrial de Santander (UIS) y actualmente profesor de la Universidad de los Andes, nos invita a pensar en la malla de un arco de futbol que se extiende en las tres dimensiones, formando una red tridimensional, como el que se podría armar usando piezas de lego.
Los hilos, que se unen a través de los nodos, vendrían a ser moléculas orgánicas (que contiene átomos de carbono) —como algunas proteínas—, mientras que los nodos —sitios de anclaje— serían los fragmentos inorgánicos, como los metales o algunos óxidos. En términos más técnicos, agrega Macías, “estos compuestos combinan los dos mundos, el de la química orgánica e inorgánica”.
La unión entre estos hilos y nodos resultaría en la malla tridimensional de la cancha de fútbol. Estos arreglos moleculares, o redes metalorgánicas, forman estructuras cristalinas que contienen grandes cavidades o poros, que permiten el acceso de otras moléculas más pequeñas.
En este punto, a Juan Carlos Muñoz, profesor de la Universidad de Antioquia, le parece importante mencionar que en la naturaleza existen materiales porosos conocidos como zeolitas. La piedra pomez, tan conocida en los hogares colombianos, es un ejemplo de estos minerales. Otro tipo de zeolitas son usadas en el refinamiento del petróleo para obtener una gasolina con un mayor grado de octanaje. El gran problema de estos minerales es que son muy escasos y, por ende, sus usos son limitados.
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Ante esta dificultad, “los científicos diseñaron otro tipo de material”, apunta Muñoz. Ahí es donde surgen los MOF. Los científicos fueron capaces de diseñar “mallas” con diferentes composiciones químicas para formar cristales en donde el tamaño de las cavidades varía, así como la finalidad con la que se usa. En otras palabras: se inventaron materiales porosos que, además, se pueden diseñar dependiendo de lo que se quiera atrapar. Si sirve otra analogía para entender estos compuestos, Muñoz las define como “esponjas”.
“Al variar los bloques de construcción utilizados en los MOF, los químicos pueden diseñarla para capturar y almacenar sustancias específicas (...), también pueden impulsar reacciones químicas o conducir la electricidad”, agregó la Real Academia esta madrugada.
“Las estructuras MOF fueron premiadas por ser esencialmente un nuevo modelo de diseño de sólidos con la posibilidad real de ser aplicados en múltiples campos de interés ambiental, industrial, médico, entre otros. Se puede diseñar el sólido a la necesidad que se requiera en términos prácticos”, agrega Nelson Jair Castellanos, químico de la UIS, con un doctorado en Química de la misma universidad, y profesor de la Universidad Nacional.
Esas estructuras metalorgánicas pueden capturar específicamente moléculas de medicamentos que han caído al agua y podrían absorber gases como el CO₂ o el metano (CH₄), lo que sería clave en la lucha contra el cambio climático. De hecho, en países como el nuestro, ya se están diseñando y poniendo a pruebas estas redes.
Tres décadas de historia
El primero, de los tres científicos reconocidos este miércoles, en adentrarse en el estudio de estos compuestos, fue Robson, a finales de la década de los 80. El ahora profesor de la Universidad de Melbourne (Australia), logró formar un cristal espacioso y bien ordenado, tras experimentar con iones de cobre. “Era como un diamante lleno de innumerables cavidades”, explicaron desde los Premios Nobel. Pero su resultado enfrentaba dos problemas: era inestable y se desarmaba fácilmente.
Tendría que pasar más de una década para que, de manera independiente, Kitagawa y Yaghi, perfeccionaran el hallazgo de Robson. El científico japonés, adscrito en la actualidad a la Universidad de Kyoto (Japón), demostró que las estructuras metalorgánicas podían ser flexibles y que los gases podían entrar y salir de las rejillas. Por su parte, Yaghi, investigador de la Universidad de Berkeley (Estados Unidos), creó un MOF “muy estable y demostró que se puede modificar mediante un diseño racional, dotándolo de propiedades nuevas y deseables”, apuntaron desde el Comité de los premios.
Desde “los descubrimientos revolucionarios de los galardonados”, como describe el Comité el trabajo realizado por los tres investigadores, químicos en todas partes del mundo han construido decenas de miles de MOF diferentes.
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Para no ir más lejos, el año pasado, Muñoz, de la Universidad de Antioquia, junto con colegas de la Universidad Federal de Pernambuco (Brasil), publicó un estudio en el que crearon una estructura metalorgánica para capturar el compuesto de un medicamento que suele terminar en los ríos del país: el losartán. Los resultados en el laboratorio, mostraron que el MOF creado por el químico y sus compañeras, absorbía el compuesto del medicamento que querían.
El reto, agrega el profesor de la universidad antioqueña, en Colombia, pero también en gran parte del mundo, es lograr escalar el uso de las estructuras metalorgánicas más allá de los laboratorios. Para poder testear estas redes, y que en un futuro puedan capturar CO₂, metano, o absorber agua del aire de los desiertos, se requiere una gran inversión por parte de los Estados y la industria.
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