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(noticias nanowerk) Los nanoingenieros han creado un cuasicristal, una estructura material científicamente fascinante y tecnológicamente prometedora, a partir de nanopartículas utilizando el ADN, la molécula que codifica la vida.
Las tesis centrales
![Simetría 12 veces mayor de un cuasicristal](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63987_1a.jpg)
Investigación
El equipo, dirigido por investigadores de la Universidad Northwestern, la Universidad de Michigan y el Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales de San Sebastián, España, informa los resultados en Materiales naturales (“Cuasicristales coloidales hechos con ADN”).
A diferencia de los cristales ordinarios, que se caracterizan por una estructura repetitiva, los patrones de los cuasicristales no se repiten. Los cuasicristales formados por átomos pueden tener propiedades inusuales; por ejemplo, absorben el calor y la luz de manera diferente, tienen propiedades electrónicas inusuales, como conducir la electricidad sin resistencia, o sus superficies son muy duras o muy resbaladizas.
Los ingenieros que trabajan en ensamblajes a nanoescala suelen ver las nanopartículas como una especie de “átomo de diseño”, que ofrece un nuevo nivel de control sobre los materiales sintéticos. Uno de los desafíos es controlar las partículas para que se unan en las estructuras deseadas con propiedades útiles. Al construir este primer cuasicristal compuesto de ADN, el equipo rompió nuevos límites en el diseño de nanomateriales.
«La existencia de cuasicristales ha sido un misterio durante décadas, y su descubrimiento fue honrado con el Premio Nobel», dijo Chad Mirkin, profesor de química George B. Rathmann en la Universidad Northwestern y coautor del estudio. «Aunque ahora hay varios ejemplos bien conocidos descubiertos en la naturaleza o por casualidad, nuestra investigación desmitifica su formación y, lo que es más importante, muestra cómo podemos utilizar la naturaleza programable del ADN para diseñar y ensamblar cuasicristales específicamente».
![Las bipirámides pentagonales ligeramente aplastadas se apiñan en el lado izquierdo de la imagen, fusionándose en un modelo de bolas y palos de las conexiones entre partículas vecinas. El modelo perfila triángulos y rombos sin un patrón consistente, ya que cada esfera tiene cinco o seis conexiones.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63987_2.jpg)
El grupo de Mirkin es conocido por utilizar el ADN como pegamento de diseño para dirigir la formación de cristales coloidales a partir de nanopartículas, y el grupo de Luis Liz-Marzán, profesor Ikerbasque del Centro Español de Investigación Cooperativa en Biomateriales, podría crear nanopartículas que podrían formar cuasicristales. bajo las condiciones adecuadas. El equipo se centró en formas bipiramidales: esencialmente dos pirámides pegadas entre sí en su base. El grupo de Liz-Marzán probó diferentes números de página y apretó y estiró las formas. Luego, Wenjie Zhou y Haixin Lin, estudiantes graduados en química de la Universidad Northwestern en el momento del trabajo, utilizaron hebras de ADN codificadas para reconocerse entre sí para programar las partículas y ensamblarlas en un cuasicristal.
Por otra parte, el grupo dirigido por Sharon Glotzer, catedrática Anthony C. Lembke de Ingeniería Química en la UM, había simulado bipirámides con diferente número de lados. Yein Lim y Sangmin Lee, estudiantes de posgrado en ingeniería química en la UM, descubrieron que los decaedros (bipirámides pentagonales de diez lados) formarían un cuasicristal bajo ciertas condiciones y con las dimensiones relativas correctas.
En 2009, el equipo de Glotzer predijo el primer cuasicristal de nanopartículas en capas, que no estaría formado por bipirámides sino por tetraedros: pirámides individuales con cuatro lados triangulares como un cubo D4. Dado que cinco tetraedros casi pueden formar una especie de decaedro, pensaron que el decaedro era una elección inteligente para hacer un cuasicristal.
“En nuestra simulación de cuasicristal original, los tetraedros estaban dispuestos en decaedros con espacios muy pequeños entre los tetraedros. En este caso, estos vacíos se llenarían con ADN, por lo que era lógico que los decaedros también pudieran formar cuasicristales”, dijo Glotzer, coautor del estudio.
Mediante una combinación de teoría y experimento, los tres grupos de investigación transformaron las partículas de decaedro en un cuasicristal, lo que fue confirmado por micrografías electrónicas en Northwestern y dispersión de rayos X en el Laboratorio Nacional Argonne.
«Al desarrollar con éxito cuasicristales coloidales, hemos alcanzado un hito importante en el campo de la nanociencia», afirma Liz-Marzán, coautora del estudio. «Nuestro trabajo no sólo arroja luz sobre el diseño y la creación de estructuras complejas a nanoescala, sino que también abre un mundo de posibilidades para materiales avanzados y aplicaciones nanotecnológicas innovadoras».
La estructura se asemeja a una serie de rosetas en círculos concéntricos, con formas de 10 lados que crean una simetría de 12 veces en capas bidimensionales que se apilan periódicamente. Esta estructura apilada, que también ocurre en cuasicristales hechos de tetraedros, se llama cuasicristal axial. Pero a diferencia de la mayoría de los cuasicristales axiales, el patrón de mosaico de las capas del nuevo cuasicristal no se repite idénticamente de una capa a la siguiente. En cambio, un porcentaje significativo de los mosaicos son diferentes de manera aleatoria, y este pequeño desorden aumenta la estabilidad.
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