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(Noticias de Nanowerk) Investigadores de la Universidad Northwestern han descubierto una propiedad previamente desconocida de los cristales coloidales, matrices tridimensionales altamente ordenadas de nanopartículas.
El equipo construyó cristales coloidales con hebras complementarias de ADN y descubrió que la deshidratación arrugaba los cristales y rompía los enlaces de hidrógeno del ADN. Pero cuando los investigadores agregaron agua, los cristales volvieron a su estado original en cuestión de segundos.
El nuevo estudio describe la memoria de forma que se produce tras cambios en la estructura de un cristal coloidal y que no es accesible en otros tipos de cristales. Los cambios estructurales reversibles en estos nuevos materiales en respuesta a estímulos externos podrían conducir a cambios funcionales dinámicos asociados que los hagan útiles en detección química y biológica, óptica y robótica blanda.
El artículo fue publicado en la revista Naturaleza («Memoria de forma en cristales coloidales autoadaptables»).
«El cristal deformado tiene propiedades completamente diferentes cuando se descompone», dijo Chad A. Mirkin de Northwestern, quien dirigió el estudio. “Pero el ADN está volviendo sobre sus pasos. Imagine que un huracán destruyó una casa, pero luego todos los clavos y tablas regresaron a sus ubicaciones originales para reformar la casa después de que pasó la tormenta. Esto es esencialmente lo que está sucediendo aquí con estos cristales a nanoescala”.
Pionero en nanotecnología, Mirkin es profesor de química George B. Rathmann en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg en Northwestern y director del Instituto Internacional de Nanotecnología. Mirkin también es profesor de Ingeniería Química y Biológica, Ingeniería Biomédica y Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick y Profesor de Medicina en la Escuela de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern.
La nueva propiedad, una especie de «hiperelasticidad acoplada con memoria de forma», está controlada por la secuencia específica del ADN reticulado de partículas e influye en la estructura y compresibilidad del objeto. Debido a la plasticidad del cristal, puede desintegrarse y luego volver a unirse.
El descubrimiento se basa en el trabajo que Mirkin comenzó en 1996. En ese momento, su grupo de investigación informó cómo el ADN podría usarse como un material de unión codificado en secuencia, un pegamento que puede usarse para construir cristales coloidales, algunos de los cuales tienen estructuras y propiedades similares a los cristales convencionales que se encuentran en la naturaleza, mientras que otros tienen estructuras y propiedades que nunca se han encontrado en la naturaleza.
En el manuscrito, los autores describen un nuevo método para hacer cristales que son mucho más grandes que nunca, lo suficientemente grandes como para ser observados a simple vista. Este desarrollo no solo permitió el descubrimiento de la memoria de forma, sino que también permitió a estos investigadores descubrir nuevas formas de usar cristales como detectores químicos y de fuerza.
Mirkin dijo que tiene curiosidad por ver cómo se explotará la propiedad de memoria de forma de estos cristales, por ejemplo, en sensores de flujo en dispositivos fluídicos a microescala y en detectores de moléculas químicas y biológicas. Mirkin también está considerando formas de usar los cristales únicos para crear materiales que puedan soportar daños extraordinarios y volver a su estado original.
«Estos son materiales notables, incluso el daño a la piel, que tiene una capacidad innata y notable para regenerarse, deja cicatrices», dijo Mirkin. “En este caso, eso no sucede. El código de ADN en estos cristales los restaura a su estado original. Esta capacidad podría ayudar en el control de las reacciones químicas y la creación de nuevas clases de interruptores de luz donde «encendido» es el cristal convencional y «apagado» es el deformado activado por cambios mínimos en la corriente y la fuerza».
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