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Según investigadores de la Universidad de Northwestern, el método para fabricar superredes únicas de estructura abierta basadas en nanopartículas metálicas huecas ha mejorado significativamente.
Crédito de la foto: Shutterstock.com/Gorodenkoff
El equipo descubrió que podían crear superredes de canal abierto con poros que oscilaban entre 10 y 1000 nm, tamaños que antes eran imposibles de lograr, utilizando pequeñas partículas huecas llamadas nanoestructuras metálicas y modificándolas con las secuencias de ADN apropiadas.
Los investigadores pueden usar estos cristales coloidales para absorción y almacenamiento molecular, separaciones, detección química, catálisis y numerosas aplicaciones ópticas debido a su nuevo control sobre la porosidad.
El nuevo estudio destaca la posibilidad de generalizar los nuevos principios de diseño para fabricar materiales novedosos mediante la identificación de 12 superredes de nanopartículas porosas distintas con control sobre la simetría, la geometría y la conectividad de los poros.
Naturaleza publicó el estudio el 26 de octubreel2022.
Los nuevos hallazgos tendrán implicaciones de gran alcance para la nanotecnología y más allá, según Chad A. Mirkin, profesor de química George B. Rathmann en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y director del Instituto Internacional de Nanotecnología.
Tuvimos que reconsiderar nuestro conocimiento de la unión del ADN con partículas coloidales. Con estos nuevos tipos de nanocristales huecos, las reglas de ingeniería de cristales existentes no fueron suficientes.
Chad A. Mirkin, Profesor George B. Rathmann, Química, Facultad de Artes y Ciencias Weinberg, Universidad Northwestern
«El ensamblaje de nanopartículas impulsado por la unión de bordes nos da acceso a una variedad de estructuras cristalinas a las que no podemos acceder a través de la «unión de caras» tradicional, la forma tradicional en que imaginamos la formación de estructuras en este campo. Estas nuevas estructuras conducen a nuevas posibilidades, tanto científicas como tecnológicas.‘, agregó Mirkin.
Pionero en nanoquímica, Mirkin no solo es profesor de ingeniería química y biológica, ingeniería biomédica y ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de la Universidad Northwestern, sino también profesor de medicina en la Escuela de Medicina Feinberg.
Durante más de 20 años, el equipo de Mirkin ha explotado la capacidad de programación del ADN para crear cristales con propiedades beneficiosas e inesperadas, ampliando la idea para incluir partículas huecas como un paso significativo hacia una estrategia más amplia para comprender y gestionar la formación de cristales coloidales.
Los cristales coloidales se utilizan en la naturaleza para regular los colores de muchos seres vivos, como el color variable de la piel de un camaleón y las alas de las mariposas. Las estructuras hechas en el laboratorio de Mirkin desafiarán a los científicos e ingenieros a crear nuevos dispositivos, particularmente los porosos que dejan pasar moléculas, materiales e incluso luz.
Otra familia de materiales porosos sintéticos llamados zeolitas se utilizan en varios procesos químicos industriales, según Vinayak Dravid, profesor Abraham Harris de ciencia e ingeniería de materiales en McCormick y uno de los autores del estudio.
Hay muchas limitaciones para las zeolitas, ya que están hechas por reglas físicas que limitan las opciones. Pero cuando el ADN se usa como enlace, permite una mayor variedad de estructuras y una variedad mucho mayor de tamaños de poro y, por lo tanto, una gama diversa de propiedades.
Vinayak Dravid, autor del estudio y profesor Abraham Harris, Ciencia e Ingeniería de Materiales, Escuela de Ingeniería McCormick, Universidad Northwestern
La capacidad de controlar el tamaño de los poros y la conectividad entre los poros permite una amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, los autores demuestran una propiedad óptica intrigante de las superredes porosas conocida como índice de refracción negativo, que no ocurre en la naturaleza y solo es posible con materiales hechos por el hombre.
En este trabajo, descubrimos cómo las superredes de canal abierto pueden ser nuevos tipos de metamateriales ópticos que permiten un índice de refracción negativo. Dichos metamateriales permiten aplicaciones emocionantes como el camuflaje y las superlentes, la obtención de imágenes de objetos superpequeños con microscopía.
Koray Aydin, autor del estudio y profesor asociado, ingeniería eléctrica e informática, Escuela de Ingeniería McCormick, Universidad Northwestern
Juntos, los científicos están desarrollando aún más el proyecto.
Mirkin agregó: «Necesitamos aplicar estas nuevas reglas de diseño a estructuras metálicas nanoporosas hechas de otros metales como el aluminio y ampliar el proceso. Estas consideraciones prácticas son muy importantes en el contexto de los dispositivos ópticos de alto rendimiento. Tal progreso podría ser verdaderamente transformador.”
El estudio fue apoyado por el Center for Bio-Inspired Energy Science, un Energy Frontier Research Center financiado por el Departamento de Energía de EE. UU., Oficina de Ciencias, Ciencias Energéticas Básicas (número de subvención DE-SC0000989) y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea ( premios números FA9550-17-1-0348 y FA9550-16-1-0150).
referencia de la revista
li-y et al. (2022) Superredes de partículas metálicas de canal abierto. Naturaleza. doi:10.1038/s41586-022-05291-y
Fuente: https://www.northwestern.edu/
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