• Sensores y sondas moleculares para el reconocimiento electro-químico o cromo-fluorogénico de aniones, cationes y especies neutras de interés.

El IQMA ha trabajado en el desarrollo de lo que se denominan sensores químicos moleculares (sondas moleculares) en donde el proceso de reconocimiento está acoplado a un proceso de señalización. Este comportamiento se consigue mediante la introducción en el ligando (o sitio reactivo) de unidades transductoras moleculares, capaces de transmitir información del proceso molecular de reconocimiento a través de un cambio en sus propiedades físicas (por ejemplo ópticas o electroquímicas). Este es un campo relativamente nuevo y de un auge creciente dentro del campo de la química supramolecular.

Esta línea de investigación intenta desarrollar nuevas sondas químicas de base molecular. Como se ha comentado, estos trabajos tienen una cierta componente de Investigación básica, aunque algunos resultados recientes han sido protegidos con patentes debido a su potencial aplicabilidad como sistemas sensores para la determinación de especies químicas de interés medioambiental (por ejemplo mercurio, cianuro, etc.) y/o biológico (por ejemplo cisteina, ATP, etc.).

Entre las potencialidades de esta linea esta el desarrollo de sondas moleculares para la detección rápida y sencilla por métodos colorimétricos de explosivos, drogas y agentes empleados en ataques con guerra química.

En relación a las sondas moleculares electroquímicas, el IQMA ha trabajado básicamente con el uso de ferroceno como señal señalizadora de eventos de coordinación. Llevando a cabo la preparación y caracterización de los compuestos y el estudio de cómo la coordinación de afecta al potencial de oxidación del grupo redox-activo señalizador.

Además del uso del ferroceno como unidad señalizadora también se ha trabajado en la señalización óptica, mediante el estudio de sistemas coordinantes-fluorescentes y colorimétricos que presentan como gran ventaja el posible desarrollo de sondas químicas para la detección “a simple vista” de especies de interés. En este campo el IQMA fue uno de los primeros grupos europeos en comenzar una labor amplia de investigación y ha logrado ser en esta área es un referente nacional e internacional.

• Nuevos materiales sensores (una aproximación nano-supramoleclar).

El IQMA ha trabajado en el diseño de protocolos de reconocimiento colorimétrico-fluorimétrico novedosos utilizando sólidos nanoscópicos en colaboración con conceptos de química supramolecular con el fin de aumentar la selectividad y aplicabilidad de los sistemas diseñados. Estos sistemas sensores están formados por cavidades biomiméticas (en cierta forma recuerdan a sistemas biológicos como enzimas y proteínas) que se obtendrán mediante una adecuada funcionalización, con varios grupos orgánicos distintos, de la superficie de ciertos sólidos mesoporosos preorganizados. Estos materiales sensores híbridos presentan efectos sinérgicos que den lugar a nuevas selectividades que son imposibles de encontrar en los mismos sensores en disolución.

Este trabajo se puede desarrollar gracias a que en el Instituto de Química Molecular Aplicada existe personal experto en la síntesis de nuevos materiales inorgánicos meso y micro porosos. Desde un punto de vista básico, algunos aspectos relacionados con los materiales porosos como son el control del tamaño, forma y regularidad del sistema de poros han sido y siguen siendo aspectos clave a modular para pasar de usos potenciales a aplicaciones reales. El interés científico y tecnológico de los sólidos porosos se debe a la capacidad de éstos para interaccionar con átomos, iones y moléculas mediante toda la masa (porosa) del material.

Esta Investigación muestra que la combinación de moléculas coordinantes en superficies (sistemas híbridos) da lugar a comportamientos supramoleculares cooperativos funcionales avanzados tales como por ejemplo, procesos de amplificación química que son difícilmente observables y/o alcanzables en sistemas moleculares análogos (sistemas 1D). Esta amplificación química puede por ejemplo observarse en sistemas híbridos en donde la preorganización molecular superficial aumenta la eficacia de los procesos de coordinación y de reconocimiento cromo-fluorogénico. En otro orden de cosas, la clave del salto hacia sistemas funcionales más complejos está en relación a la dimensionalidad. Así, el anclaje de entidades moleculares específicas no sobre superficies planas (sistemas 2D) sino en arquitecturas 3D nanoscópicas (por ejemplo tipo mesoporoso) da la oportunidad de desarrollar y explorar nuevos conceptos supramoleculares funcionales tales como el desarrollo y uso materiales híbridos bio-miméticos aplicados al desarrollo de nuevos protocolos de reconocimiento cromo-fluorogénico. En este apartado usa herramientas conocidas (síntesis orgánica, inorgánica, procesos de anclaje, procesos supramoleculares de auto-ensamblaje, ideas nanoscópicas, etc) para construir materiales híbridos orgánico-inorgánicos y estudiar, comprender y diseñar nuevos procesos cooperativos supramoleculares funcionales en relación al desarrollo de sensores químicos moleculares.