Un equipo de investigadores en ciencia e ingeniería de polímeros de la Universidad de Massachusetts Amherst ha demostrado por primera vez que las posiciones de los pequeños, plano, Los objetos sólidos integrados en membranas nanométricamente delgadas, que se asemejan a los de las células biológicas, pueden controlarse variando mecánicamente las fuerzas elásticas en la propia membrana. Este hito de la investigación es un paso significativo hacia el objetivo de crear materiales flexibles ultrafinos que se autoorganicen y respondan inmediatamente a la fuerza mecánica.

El equipo ha descubierto que las placas sólidas rígidas en las membranas de fluidos biomiméticos experimentan interacciones que son cualitativamente diferentes de las de los componentes biológicos en las membranas celulares. En las membranas celulares, los dominios fluidos o los virus adherentes experimentan atracciones o repulsiones, pero no ambos, dice Weiyue Xin, autor principal del artículo que detalla la investigación, que apareció recientemente en Avances de la ciencia . Pero para colocar con precisión objetos sólidos en una membrana, deben estar disponibles fuerzas tanto atractivas como repulsivas, añade Maria Santore, profesor de ciencia e ingeniería de polímeros en la UMass. En el Laboratorio Santore de UMass, Xin usó vesículas unilaminares gigantes, o GUV, que son sacos de membrana parecidos a células, para sondear las interacciones entre objetos sólidos en una delgada, material en forma de hoja. Como células biológicas Las GUV tienen membranas fluidas y tienen una forma casi esférica. Xin modificó las GUV para que las membranas incluyan pequeñas, sólido, masas rígidas en forma de placa. El equipo, una colaboración entre el laboratorio de Santore y el grupo teórico de Grason en el departamento de ingeniería y ciencia de polímeros de la UMass, es el primero en mostrar que al modificar la curvatura y la tensión de la membrana, las masas en forma de placa se podrían atraer y repeler entre sí. Esto permitió a los investigadores controlar las posiciones de las placas dentro de la membrana.

La tensión de la membrana se puede ajustar mecánicamente, usando una micropipeta para inflar o desinflar la GUV, o físicamente, por ósmosis. En cualquier caso, cuando la membrana está tensa, las placas planas se atraen progresivamente, formando predecible, arreglos repetibles. Por el contrario, al disminuir la tensión, las placas se separan. En ambos casos, el movimiento y posicionamiento de las placas es predecible y controlable.

Esta capacidad de dirigir el posicionamiento de las placas en una membrana es un paso gigantesco hacia la ingeniería de un material que responde a los estímulos y puede autoorganizarse de formas controlables y reconfigurables. "Nuestra investigación tiene aplicaciones en nanotecnología y otras esferas en las que es deseable tener sofisticados, dispositivos flexibles que pueden responder a su entorno, ", dice Xin. Una aplicación en el mundo real de la investigación del equipo incluye ultradelgado y reconfigurable, electrónica portátil.