Como las fuerzas gravitacionales que son responsables de la atracción entre la Tierra y la Luna, así como la dinámica de todo el sistema solar, existen fuerzas atractivas entre objetos a nanoescala.

Estas son las llamadas fuerzas de van der Waals, que son de naturaleza ubicua y se cree que juegan un papel crucial en la determinación de la estructura, estabilidad y función de una amplia variedad de sistemas en todos los campos de la biología, química, ciencia física y de los materiales.

"Para hacerlo mas simple, cada sistema molecular y cada material de la naturaleza experimenta estas fuerzas, "dijo Robert A. DiStasio Jr., profesor asistente de química y biología química en la Facultad de Artes y Ciencias. "De hecho, estamos encontrando que su influencia es bastante extensa, e incluye interacciones proteína-fármaco, la estabilidad de la doble hélice del ADN, e incluso las peculiares propiedades de adhesión del pie del gecko ".

En comparación con el enlace covalente (que implica el intercambio de pares de electrones entre átomos), Las fuerzas de van der Waals son relativamente débiles y surgen de interacciones electrostáticas instantáneas entre las nubes de electrones fluctuantes que rodean los objetos microscópicos. Sin embargo, estas fuerzas son todavía de origen mecánico cuántico y han planteado un desafío sustancial tanto para la teoría como para el experimento hasta la fecha.

En un artículo de la edición del 11 de marzo de Ciencias , DiStasio y el colaborador Alexandre Tkatchenko de la Universidad de Luxemburgo y el Instituto Fritz Haber han presentado una nueva propuesta para describir las fuerzas de van der Waals entre objetos a nanoescala.

Generalmente hablando, hay dos escuelas de pensamiento con respecto a estas fuerzas. La descripción predominante de las interacciones de van der Waals entre la mayoría de los químicos y biólogos es la imagen de dos dipolos eléctricos inducidos, similar a los polos N y S de un imán, que representa las distribuciones desiguales de cargas positivas y negativas. La imagen adoptada por muchos físicos, sin embargo, se centra en el hecho de que las fluctuaciones del vacío en forma de ondas son responsables de las interacciones de van der Waals entre objetos macroscópicos más grandes.

En su trabajo, DiStasio y Tkatchenko demuestran que estas fuerzas fundamentales entre nanoestructuras también deben ser descritas por las interacciones electrostáticas entre fluctuaciones de densidad de carga en forma de ondas (o deslocalizadas) en lugar de los dipolos inducidos en forma de partículas (o locales) antes mencionados. Creen que su trabajo podría ayudar a cerrar la brecha entre estos dos sistemas de creencias, y ayudar a los científicos a comprender y controlar las interacciones entre objetos a nanoescala.

"Nuestro trabajo está demostrando que existe una variedad mucho más amplia de sistemas, como los sistemas nanoestructurados, donde tienes que pensar en la fuerza de van der Waals en términos de interacciones entre ondas en lugar de interacciones entre partículas, "Dijo Tkatchenko.

Paul McEuen, el Profesor John A. Newman de Ciencias Físicas y director del Instituto Kavli en Cornell para Ciencias a Nanoescala, considera que la investigación del dúo es un primer paso importante en un largo complicado viaje a lo que McEuen calificó medio en broma como "resolver biología".

"Parece un problema bastante aburrido, pero en realidad es un problema muy importante, la forma en que se ensamblan las biomoléculas, etc. ", dijo McEuen." Es un problema enormemente importante, especialmente para alguien como yo, quien es un nano-chico, pero tomará tiempo resolverlo ".

McEuen está entusiasmado con el trabajo, y dijo que él y DiStasio esperan colaborar en investigaciones relacionadas en el futuro.

"Este trabajo proporciona un marco conceptual, o lenguaje común, que los biólogos, farmacia, físicos y materiales que los científicos pueden utilizar para describir las fuerzas de van der Waals a nanoescala, DiStasio dijo:"También proporciona un marco computacional para predecir con precisión cómo estas interacciones ubicuas influyen en las propiedades físicas y químicas de la materia".