Crean un innovador método de formación de cuasicristales

Imagen esquemática de una capa extraída de un cuasicristal dodecaédrico funcionalizado con ADN. Ed. CIC biomaGUNE, Universidad Northwestern y Universidad de Michigan Un equipo de investigadores de CIC biomaGUNE, el Instituto Internacional de Nanotecnología de la Universidad de Northwestern y la Universidad de Michigan han presentado una novedosa metodología para el diseño de cuasicristales coloidales utilizando ADN. Es un modelo de síntesis controlada de nanoestructuras complejas hasta ahora inalcanzables. El trabajo ha sido publicado en la revista Nature Materials.

Las cuasicristales son estructuras cristalinas ordenadas pero no repetitivas, muy raras y de muy difícil realización. Se conocen algunos ejemplos, los encontrados en la naturaleza o los obtenidos por la serendipia. Ahora, este estudio ha demostrado cómo se puede aprovechar la programabilidad del ADN para diseñar y construir cuasicristales.

Esta investigación partió de una propuesta del equipo de Bionanoplasmónica de CIC biomaGUNE. El grupo está dirigido por Luis Liz Marzán, pionero en el desarrollo de métodos de cambio de superficie para mejorar las posibilidades de fabricación y aplicación de nanopartículas. “De hecho, descubrimos la forma de sintetizar nanopartículas de geometría decaédrica, partículas de diez caras, con la calidad suficiente para abordar este estudio. La geometría decaédrica es fundamental en este caso debido a la simetría pentagonal que conlleva. Los pentágonos son elementos geométricos fundamentales en los cuasicristales, lo que ha permitido llegar a estos materiales tan especiales”, explica Liz Marzán.

El grupo, liderado por el profesor Sharon Glotzer de la Universidad de Michigan, tenía en 2009 la primera nanopartículas cuasicristal por capa: “En la simulación original del cuasicristal, la disposición entre decaedros dejaba entre sí espacios muy pequeños. Aquí esas lagunas las cubriría el ADN”, explica Glotzer.

El estudio se ha centrado en la formación de nanopartículas decaédricas con ADN como estructura guía en un medio coloidal, es decir, en un medio no homogéneo en el que las partículas están suspendidas en un fluido. Combinando simulaciones por ordenador y rigurosos experimentos, el equipo ha hecho un sorprendente descubrimiento: estas nanopartículas decaédricas pueden organizarse para formar estructuras cuasicristalinas con motivos pentagonales y hexagonales, y finalmente se crea un cuasicristal dodecagonal.

“Hemos unido cadenas de ADN a las nanopartículas para guiar la organización de las nanopartículas y de forma reversible, sensible a la temperatura”, explica Liz Marzán. “La ingeniería de los cuasicristales coloidales ha supuesto un hito importante en el campo de la nanociencia. Nuestro trabajo ha abierto infinidad de posibilidades para materiales avanzados y aplicaciones nanotecnológicas innovadoras”.