Esta micrografía óptica de la unión del microcanal con el flujo de tinte rojo enfocado en el agua muestra las condiciones experimentales utilizadas para el ensamblaje de la nanoestructura. Crédito:Universidad de Illinois
(Phys.org) —Los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado un nuevo enfoque con aplicaciones en el desarrollo de materiales para la captura y almacenamiento de energía y para materiales optoelectrónicos.
Según Charles Schroeder, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, los resultados muestran que los materiales precursores de péptidos se pueden alinear y orientar durante su ensamblaje en polipéptidos utilizando flujos adaptados en dispositivos microfluídicos.
La investigación fue una colaboración entre los laboratorios de Schroeder y William Wilson, profesor de investigación en ciencia e ingeniería de materiales y el Laboratorio de Investigación de Materiales Frederick Seitz en Illinois. Sus hallazgos fueron publicados en un artículo titulado, "Ensamblaje dirigido por fluidos de oligopéptidos alineados con núcleos conjugados con pi, "en la edición de agosto de 2013 de Materiales avanzados .
"Un gran desafío en el campo de la ciencia de los materiales es la capacidad de dirigir el ensamblaje de materiales avanzados para la funcionalidad deseada, "dice Amanda Marciel, estudiante de posgrado en el laboratorio de Schroeder y uno de los autores del artículo. "Sin embargo, El diseño de nuevos materiales a menudo se ve obstaculizado por nuestra incapacidad para controlar la complejidad estructural de los polímeros sintéticos.
"Para abordar la necesidad de un procesamiento controlado de materiales funcionales, Desarrollamos una plataforma basada en microfluidos para impulsar el ensamblaje de oligopéptidos sintéticos, ", Explicó Marciel." Usando un dispositivo de microfluidos, ensamblamos DFAA y DFAG en nanoestructuras unidimensionales utilizando un flujo extensional planar generado en una geometría de ranuras cruzadas ".
Esta imagen muestra el montaje y desmontaje reversibles de nanoestructuras de oligopéptidos sintéticos. Crédito:Universidad de Illinois
La dinámica del proceso de ensamblaje se puede seguir en tiempo real mediante microscopía de fluorescencia y espectroscopía.
"La nanoestructura ensamblada es espectralmente distinta del monómero oligopéptido sintético, que se puede utilizar para monitorear la dinámica de la formación de nanoestructuras, ", Agregó Marciel." Usando un control hidrodinámico preciso de la plataforma de microfluidos, los investigadores demostraron la formación de múltiples nanoestructuras de oligopéptidos sintéticos alineados en paralelo y su posterior desmontaje. Modulando los caudales volumétricos en el dispositivo, pudieron manipular la posición de la interfaz fluido-fluido en la unión del microcanal.
Durante este proceso, nanoestructuras formadas inicialmente en la interfaz laminar reactiva se sumergen en la corriente ácida que avanza, preservando así la integridad de las nanoestructuras preformadas mientras se inicia la formación de una nanoestructura alineada en la nueva posición de la interfaz.
"Nuestro enfoque tiene el potencial de permitir la fabricación reproducible y confiable de materiales avanzados". Dijo Marciel. "Lograr el ordenamiento a nanoescala en materiales ensamblados se ha convertido en el enfoque principal de los esfuerzos recientes en el campo. Estos enfoques finalmente conducirán a la morfología deseada en los materiales funcionales, lo que mejorará su capacidad para capturar y almacenar energía ".
El objetivo final del equipo es ensamblar el equivalente orgánico de los materiales semiconductores típicos.
Esto abriría la puerta a desarrollos de materiales con aplicación a dispositivos fotovoltaicos, iluminación de estado sólido, recolección de energía, y procesos catalíticos, " ella dijo.
