Nobel de Química 2025 a los creadores de armazones moleculares capaces de atrapar agua, contaminantes o CO2

La Real Academia Sueca de Ciencias ha otorgado el premio 2025 de Química a Susumu Kitagawa, Richard Robson y Omar M. Yaghi. Los galardonados han recibido el premio de química por el desarrollo de un nuevo tipo de arquitectura molecular.

Las estructuras que crearon (estructuras metalorgánicas) contienen grandes cavidades por las que las moléculas pueden fluir hacia adentro y hacia afuera. Los investigadores las han utilizado para captar agua del aire del desierto, extraer contaminantes del agua, capturar dióxido de carbono y almacenar hidrógeno.

Nuevos espacios para la Química

En sus estructuras, los iones metálicos funcionan como pilares unidos por largas moléculas orgánicas (carbonadas). Juntos, los iones y moléculas metálicas se organizan para formar cristales con grandes cavidades. Estos materiales porosos se denominan estructuras metalorgánicas (MOF). Al variar los componentes básicos de las MOF, los químicos pueden diseñarlas para capturar y almacenar sustancias específicas. Las MOF también pueden impulsar reacciones químicas o conducir electricidad.

“Las estructuras metalorgánicas tienen un potencial enorme y brindan oportunidades nunca antes previstas para materiales hechos a medida con nuevas funciones”, afirma Heiner Linke, presidente del Comité Nobel de Química.

Las estructuras metalorgánicas tienen un potencial enorme y brindan oportunidades nunca antes previstas para materiales hechos a medida con nuevas funciones

Heiner Linke — Presidente del Comité Nobel de Química

Todo comenzó en 1989, cuando Richard Robson experimentó con el uso de las propiedades inherentes de los átomos de una forma novedosa. Combinó iones de cobre con carga positiva con una molécula de cuatro brazos; esta tenía un grupo químico que era atraído por los iones de cobre en el extremo de cada brazo.

Al combinarse, se unieron para formar un cristal amplio y ordenado. Era como un diamante lleno de innumerables cavidades.

Robson reconoció de inmediato el potencial de su construcción molecular, pero era inestable y colapsaba con facilidad. Sin embargo, Susumu Kitagawa y Omar Yaghi sentaron bases sólidas para este método de construcción; entre 1992 y 2003, realizaron, por separado, una serie de descubrimientos revolucionarios. 

Kitagawa demostró que los gases pueden fluir dentro y fuera de las construcciones y predijo que los MOF podrían hacerse flexibles. Yaghi creó un MOF muy estable y demostró que puede modificarse mediante un diseño racional, dotándolo de propiedades nuevas y deseables.

Tras los revolucionarios descubrimientos de los galardonados, los químicos han construido decenas de miles de MOF diferentes. Algunos de ellos podrían contribuir a resolver algunos de los mayores desafíos de la humanidad, con aplicaciones que incluyen la separación de PFAS del agua, la descomposición de trazas de fármacos en el medio ambiente, la captura de dióxido de carbono o la recolección de agua del aire del desierto.

En 2024, el premio en esta categoría recayó en David Baker, “por el diseño computacional de proteínas”, y en Demis Hassabis y John M. Jumper, creadores del modelo de inteligencia artificial AlphaFold que predice su estructura.

El premio de Química es el último de la ronda de Nobel científicos este año, a los que seguirán los anuncios en días sucesivos de los de galardones de Literatura, de la Paz y finalmente el de Economía, el próximo lunes.

Aplicaciones concretas

Omar Yaghi sentó las bases para las estructuras metalorgánicas en 2002 y 2003. En dos artículos, publicados en Science y Nature, demostró que es posible modificar y cambiar los MOF de forma racional, dotándolos de diferentes propiedades.  

Posteriormente, las estructuras metalorgánicas han conquistado el mundo. Los investigadores han desarrollado un kit molecular con una amplia gama de piezas que permiten crear nuevos MOF. Estos presentan diferentes formas y características, lo que ofrece un potencial increíble para el diseño racional (o basado en IA) de MOF para diferentes propósitos. 

El grupo de investigación de Yaghi ha recolectado agua del aire del desierto de Arizona. Durante la noche, su material MOF capturó el vapor de agua del aire. Al amanecer y al calentar el material con el sol, pudieron recolectar el agua. 

Por otro lado, muchas empresas están invirtiendo en su producción y comercialización en masa de estas moléculas. Algunas han tenido éxito. Por ejemplo, la industria electrónica ahora puede utilizar materiales MOF para contener algunos de los gases tóxicos necesarios para producir semiconductores.

Otro MOF puede, en cambio, descomponer gases nocivos, incluyendo algunos que pueden utilizarse como armas químicas. Numerosas empresas también están probando materiales que pueden capturar el dióxido de carbono de fábricas y centrales eléctricas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.