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  • Los científicos descubren otro principio de diseño para la construcción de nanoestructuras

    La precisión se une a la nanoconstrucción, como se ve en esta ilustración. Los científicos del laboratorio de Berkeley descubrieron un peptoide compuesto por dos bloques químicamente distintos (que se muestran en naranja y azul) que se ensambla en nanotubos con diámetros uniformes. Crédito:Berkeley Lab

    En lo que respecta a los diversos nanoadhesivos que están desarrollando los científicos, Los nanotubos son especialmente intrigantes. Esto se debe a que los tubos huecos que tienen diámetros de solo unas mil millonésimas de metro tienen el potencial de ser increíblemente útiles. desde la administración de medicamentos que combaten el cáncer dentro de las células hasta la desalinización del agua de mar.

    Pero construir nanoestructuras es difícil. Y creando una gran cantidad de nanoestructuras con el mismo rasgo, como millones de nanotubos con diámetros idénticos, es aún más difícil. Este tipo de fabricación de precisión es necesaria para crear las nanotecnologías del mañana.

    La ayuda podría estar en camino. Como se informó en línea la semana del 28 de marzo en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab) han descubierto una familia de polímeros inspirados en la naturaleza que, cuando se coloca en agua, se ensamblan espontáneamente en nanotubos cristalinos huecos. Y lo que es más, los nanotubos se pueden ajustar para que todos tengan el mismo diámetro de entre cinco y diez nanómetros, dependiendo de la longitud de la cadena del polímero.

    Los polímeros tienen dos bloques químicamente distintos que tienen el mismo tamaño y forma. Los científicos aprendieron que estos bloques actúan como mosaicos moleculares que forman anillos, que se apilan para formar nanotubos de hasta 100 nanómetros de largo, todos con el mismo diámetro.

    "Esto apunta a una nueva forma en que podemos usar polímeros sintéticos para crear nanoestructuras complejas de una manera muy precisa, "dice Ron Zuckermann, quien dirige la instalación de nanoestructuras biológicas en la fundición molecular de Berkeley Lab, donde se llevó a cabo gran parte de esta investigación.

    Varios otros científicos del laboratorio de Berkeley contribuyeron a esta investigación, incluidos Nitash Balsara de la División de Ciencias de los Materiales y Ken Downing de la División de Biofísica Molecular y Bioimagen Integrada.

    "La creación de estructuras uniformes de alto rendimiento es un objetivo de la nanotecnología, "añade Zuckermann". Por ejemplo, si puedes controlar el diámetro de los nanotubos, y los grupos químicos expuestos en su interior, luego puede controlar lo que pasa, lo que podría conducir a nuevas tecnologías de filtración y desalinización, por nombrar algunos ejemplos ".

    La investigación es la última en el esfuerzo por construir nanoestructuras que se acerquen a la complejidad y función de las proteínas de la naturaleza. pero están hechos de materiales duraderos. En este trabajo, los científicos del laboratorio de Berkeley estudiaron un polímero que es miembro de la familia de los peptoides. Los peptoides son polímeros sintéticos resistentes que imitan a los péptidos, que la naturaleza usa para formar proteínas. Se pueden sintonizar a escala atómica para llevar a cabo funciones específicas.

    Durante los últimos años, los científicos han estudiado un tipo particular de peptoide, llamado copolipeptoide dibloque, porque se une a los iones de litio y podría usarse como electrolito de batería. Por el camino, Encontraron por casualidad que los compuestos forman nanotubos en el agua. Aún no se ha determinado exactamente cómo se forman estos nanotubos, pero esta última investigación arroja luz sobre su estructura, e insinúa un nuevo principio de diseño que podría usarse para construir nanotubos y otras nanoestructuras complejas.

    Los copolipeptoides dibloque se componen de dos bloques peptoides, uno que es hidrofóbico uno que es hidrofílico. Los científicos descubrieron que ambos bloques se cristalizan cuando se encuentran en el agua, y forman anillos que constan de dos a tres peptoides individuales. Luego, los anillos forman nanotubos huecos.

    Las imágenes de microscopía crioelectrónica de 50 de los nanotubos mostraron que el diámetro de cada tubo es muy uniforme a lo largo de su longitud. así como de tubo a tubo. Este análisis también reveló un patrón de rayas a lo ancho de los nanotubos, lo que indica que los anillos se apilan para formar tubos, y descarta otros arreglos de embalaje. Además, Se cree que los peptoides se organizan en un patrón similar a un ladrillo, con bloques hidrofóbicos alineados con otros bloques hidrofóbicos, y lo mismo para los bloques hidrofílicos.

    "Las imágenes de los tubos capturadas por microscopía electrónica fueron esenciales para establecer la presencia de esta estructura inusual, ", dice Balsara." La formación de estructuras tubulares con un núcleo hidrófobo es común para los polímeros sintéticos dispersos en agua, así que nos sorprendió bastante ver la formación de tubos huecos sin un núcleo hidrofóbico ".

    Los análisis de dispersión de rayos X realizados en la línea de luz 7.3.3 de la fuente de luz avanzada revelaron aún más sobre la estructura de los nanotubos. Por ejemplo, mostró que uno de los bloques peptoides, que suele ser amorfo, es realmente cristalino.

    Notablemente, los nanotubos se ensamblan sin las ayudas habituales de nanoconstrucción, como interacciones electrostáticas o redes de enlaces de hidrógeno.

    "No esperarías que se pudiera crear algo tan intrincado como esto sin estas muletas, ", dice Zuckermann." Pero resulta que las interacciones químicas que mantienen unidos a los nanotubos son muy simples. Lo que es especial aquí es que los dos bloques peptoides son químicamente distintos, pero casi exactamente del mismo tamaño, lo que permite que las cadenas se empaqueten juntas de una manera muy regular. Estos conocimientos podrían ayudarnos a diseñar nanotubos útiles y otras estructuras que sean resistentes y sintonizables, y que tengan estructuras uniformes ".


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