Nanopartículas que actúan como electrones cambian la noción de materia

Publicado 21/06/2019 11:43:47CET
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   MADRID, 21 Jun. (EUROPA PRESS) -

   Científicos han hecho el descubrimiento extraño y sorprendente de que las nanopartículas diseñadas con ADN en cristales coloidales, cuando son extremadamente pequeñas, se comportan como electrones.

   Este hallazgo no solo ha cambiado la noción actual de la materia, sino que también abre las puertas a nuevas posibilidades en el diseño de materiales.

   "Nunca antes hemos visto algo así --reconoce Monica Olvera de la Cruz, profesora de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Universidad de Northwestern, quien realizó la observación inicial a través del trabajo computacional--. En nuestras simulaciones, las partículas se parecen a los electrones en órbita".

   Con este descubrimiento, que publica la revista 'Science', los investigadores han introducido un nuevo término llamado 'metalicidad', que se refiere a la movilidad de los electrones en un metal. En los cristales coloidales, diminutas nanopartículas vagan de manera similar a los electrones y actúan como un pegamento que mantiene el material unido.

   "Esto hará que la gente piense sobre la materia de una manera nueva --avanza Chad Mirkin, profesor de Química en Northwestern, quien dirigió el trabajo experimental--. Llevará a todo tipo de materiales con propiedades potencialmente espectaculares que nunca se han observado antes y que podrían llevar a una variedad de nuevas tecnologías en los campos de la óptica, la electrónica e incluso la catálisis".

   El grupo de Mirkin inventó previamente la química para la ingeniería de cristales coloidales con ADN, que ha creado nuevas posibilidades para el diseño de materiales. En estas estructuras, las cadenas de ADN actúan como una especie de pegamento inteligente para unir las nanopartículas en un patrón de celosía.

   "Durante las últimas dos décadas, hemos descubierto cómo hacer todo tipo de estructuras cristalinas donde el ADN toma las partículas de manera efectiva y las coloca exactamente donde se supone que deben ir en una celosía", explica Mirkin, director fundador del Instituto Internacional de la Nanotecnología.

   En estos estudios previos, los diámetros de las partículas estaban en la escala de longitud de decenas de nanómetros. Las partículas en estas estructuras son estáticas, fijadas en su lugar por el ADN. En el estudio actual, sin embargo, Mirkin y Olvera de la Cruz redujeron las partículas a 1,4 nanómetros de diámetro en simulaciones computacionales. Aquí es donde sucedió la magia.

   "Las partículas más grandes tienen cientos de cadenas de ADN que las unen --explica Olvera de la Cruz--. Los pequeños solo tienen de cuatro a ocho enlazadores. Cuando esos enlaces se rompen, las partículas ruedan y migran a través del enrejado que mantiene unido el cristal de partículas más grandes".

   Cuando el equipo de Mirkin realizó los experimentos para visualizar las pequeñas partículas, encontraron que las observaciones computacionales del equipo de Olvera de la Cruz resultaron ser ciertas. Debido a que este comportamiento recuerda al comportamiento de los electrones en los metales, los investigadores lo llaman 'metalicidad'.

   "Un mar de electrones migra a través de los metales, actuando como un pegamento, manteniendo todo unido --explica Mirkin en un comunicado--. En eso se convierten estas nanopartículas. Las pequeñas partículas se convierten en el pegamento móvil que mantiene todo unido".

   Olvera de la Cruz y Mirkin planean explorar cómo explotar estas partículas similares a electrones para diseñar nuevos materiales con propiedades útiles. Aunque su investigación utilizó nanopartículas de oro, Olvera de la Cruz señala que la 'metalicidad' se aplica a otras clases de partículas en cristales coloidales.

   "En la ciencia, es muy raro descubrir una nueva propiedad, pero eso es lo que sucedió aquí --admite el profesor Mirkin--. Desafía todo el modo en que pensamos sobre la cuestión de la construcción. Es un trabajo fundamental que tendrá un impacto duradero".