Creen un innovador mètode de formació de cuasicristales

2023/11/10 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Materialak
• Nanoteknologia

Un equip d'investigadors de CIC biomaGUNE, l'Institut Internacional de Nanotecnologia de la Universitat de Northwestern i la Universitat de Michigan han presentat una nova metodologia per al disseny de cuasicristales col·loidals utilitzant ADN. És un model de síntesi controlada de nanoestructuras complexes fins ara inassolibles. El treball ha estat publicat en la revista Nature Materials.

Les cuasicristales són estructures cristal·lines ordenades però no repetitives, molt rares i de molt difícil realització. Es coneixen alguns exemples, els trobats en la naturalesa o els obtinguts per la serendipia. Ara, aquest estudi ha demostrat com es pot aprofitar la programabilitat de l'ADN per a dissenyar i construir cuasicristales.

Aquesta recerca va partir d'una proposta de l'equip de Bionanoplasmónica de CIC biomaGUNE. El grup està dirigit per Luis Liz Marzán, pioner en el desenvolupament de mètodes de canvi de superfície per a millorar les possibilitats de fabricació i aplicació de nanopartícules. “De fet, descobrim la manera de sintetitzar nanopartícules de geometria decaédrica, partícules de deu cares, amb la qualitat suficient per a abordar aquest estudi. La geometria decaédrica és fonamental en aquest cas degut a la simetria pentagonal que comporta. Els pentàgons són elements geomètrics fonamentals en els cuasicristales, la qual cosa ha permès arribar a aquests materials tan especials”, explica Liz Marzán.

El grup, liderat pel professor Sharon Glotzer de la Universitat de Michigan, tenia en 2009 la primera nanopartícules cuasicristal per capa: “En la simulació original del cuasicristal, la disposició entre decaedres deixava entre si espais molt petits. Aquí aquestes llacunes les cobriria l'ADN”, explica Glotzer.

L'estudi s'ha centrat en la formació de nanopartícules decaédricas amb ADN com a estructura guia en un mitjà col·loidal, és a dir, en un mitjà no homogeni en el qual les partícules estan suspeses en un fluid. Combinant simulacions per ordinador i rigorosos experiments, l'equip ha fet un sorprenent descobriment: aquestes nanopartícules decaédricas poden organitzar-se per a formar estructures cuasicristalinas amb motius pentagonals i hexagonals, i finalment es crea un cuasicristal dodecagonal.

“Hem unit cadenes d'ADN a les nanopartícules per a guiar l'organització de les nanopartícules i de manera reversible, sensible a la temperatura”, explica Liz Marzán. “L'enginyeria dels cuasicristales col·loidals ha suposat una fita important en el camp de la nanociència. El nostre treball ha obert infinitat de possibilitats per a materials avançats i aplicacions nanotecnológicas innovadores”.