Ajustar la estructura del material a nivel de nanoescala puede ser realmente difícil de lograr, pero ¿y si tuviéramos partículas pequeñas? que se ensamblan todos por sí mismos, creando la estructura requerida? En la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien), El fenómeno del autoensamblaje se está investigando mediante el estudio de partículas cargadas de manera no homogénea. Dependiendo de diferentes parámetros, pueden formar estructuras en forma de gel o cristal. Este tipo de autoensamblaje es muy prometedor para la nanotecnología.

Micropartículas con superficies especialmente estructuradas

Emanuela Bianchi es científica del grupo de investigación del Prof. Gerhard Kahls en el Instituto de Física Teórica de la Universidad Tecnológica de Viena. En sus simulaciones por computadora, reproduce el comportamiento de partículas que no son más grandes que unos pocos micrómetros, comparables a los virus o bacterias pequeñas. Está especialmente interesada en nanopartículas con una superficie complicada, que consta de diferentes tipos de parches que se distinguen por diferentes propiedades físicas.

Un trabajo reciente (financiado a través de una beca Elise Richter por la FWF) se ha centrado en partículas con regiones superficiales cargadas de manera no homogénea:la mayoría de las partículas tienen carga eléctrica negativa, pero las regiones polares en la parte superior e inferior de la partícula están cargadas positivamente. "Debido al hecho de que las cargas iguales se repelen mientras que las cargas opuestas se atraen entre sí, "dice Emanuela Bianchi, "Nuestras partículas tienden a alinearse de tal manera que el polo de una partícula apunta hacia el ecuador de la otra". Pero cuando muchas de estas partículas interactúan, las cosas se complican más.

Las simulaciones por computadora ahora han podido mostrar cómo se comportan estas partículas cuando están atrapadas entre dos planos, de modo que tienen que alinearse en estructuras cuasi bidimensionales. Los resultados mostraron que hay diferentes configuraciones posibles:a veces, las partículas están empaquetadas en una estructura hexagonal simple, que es bien conocido por los cristales. Algunas veces, emergen estructuras gelatinosas menos ordenadas, con anillos interconectados de cinco o seis partículas.

"Con nuestro modelo, podemos averiguar qué parámetros determinan la estructura emergente, ", dice Emanuela Bianchi. El tamaño de los parches polares con carga positiva juega un papel especialmente importante. Las esferas en las que el límite entre la carga negativa y la positiva está a 45 grados de latitud crean estructuras mucho más ordenadas que las partículas en las que este límite está más cerca del polo". , a 60 grados. El resultado también se puede influir ajustando la carga eléctrica de la placa del suelo sobre la que descansan las partículas, un parámetro que es muy fácil de controlar en un experimento. Tal parámetro controla el tamaño de los agregados e incluso puede ser responsable de una supresión completa de la agregación de partículas.

Materiales con propiedades Taylor Made

Comprender el autoensamblaje de micropartículas abre la puerta al diseño de partículas que forman automáticamente estructuras hechas a medida. Dependiendo de la alineación microscópica de las partículas, crean tipos de superficies con diferentes densidades y diferentes respuestas a estímulos externos (por ejemplo, campos elcetromagnéticos). Esto significa que las estructuras autoensambladas podrían usarse, por ejemplo, para crear filtros con porosidad ajustable. "Especialmente para aplicaciones biomédicas, esto podría tener muchas aplicaciones posibles, "dice Emanuela Bianchi.