Siempre ha sido el Santo Grial de la ciencia de los materiales describir y controlar la relación estructura-función del material. Las nanopartículas son una clase atractiva de componentes para su uso en materiales funcionales porque exhiben propiedades dependientes del tamaño, tales como superparamagnetismo y absorción plasmónica de luz. Es más, Controlar la disposición de las nanopartículas puede resultar en propiedades imprevistas, pero tales estudios son difíciles de realizar debido a enfoques eficientes limitados para producir nanoestructuras tridimensionales bien definidas.

Según científicos del Grupo de Materiales Biohíbridos, dirigido por el profesor Mauri Kostiainen, Las nanopartículas cargadas de la naturaleza (jaulas de proteínas y virus) se pueden utilizar para determinar la estructura de los nanomateriales compuestos.

Los virus y las proteínas son partículas modelo ideales para su uso en la ciencia de los materiales, ya que están codificados genéticamente y tienen una estructura atómicamente precisa. Estas partículas biológicas bien definidas se pueden utilizar para guiar la disposición de otras nanopartículas en una solución acuosa. En el presente estudio, Los investigadores muestran que la combinación del virus del mosaico del tabaco nativo con nanopartículas de oro de manera controlada conduce a alambres de superrejilla de proteínas metálicas.

"Inicialmente estudiamos los aspectos geométricos de la ingeniería de superrejilla de nanopartículas. Planteamos la hipótesis de que la relación de tamaño de nanobarras con carga opuesta (virus TMV) y nanoesferas (nanopartículas de oro) podría usarse de manera eficiente para controlar la geometría de superrejilla bidimensional. De hecho, pudimos demostrar esto. Aún más interesante, nuestra caracterización estructural reveló detalles sobre los mecanismos de ensamblaje cooperativo que procede en forma de cremallera, conduciendo a alambres de superrejilla de alta relación de aspecto, "Dice Kostiainen." Controlar el hábito macroscópico de los nanomateriales autoensamblados está lejos de ser trivial, " él añade.

Potencial de alambres de superrejilla para formar nuevos materiales

Los resultados mostraron que las interacciones a nanoescala realmente controlan el hábito macroscópico de los alambres de superrejilla formados. Los investigadores observaron que los alambres macroscópicos formados experimentan un giro helicoidal hacia la derecha que se explica por la atracción electrostática entre el virus TMV de patrón asimétrico y las nanopartículas esféricas con carga opuesta. Como las nanoestructuras plasmónicas afectan eficientemente la propagación de la luz, la torsión helicoidal dio como resultado propiedades ópticas asimétricas (dicroísmo circular plasmónico) del material.

"Este resultado es innovador en el sentido de que demuestra que las estructuras macroscópicas y las propiedades físicas pueden ser determinadas por la nanoestructura detallada, es decir, la secuencia de aminoácidos de las partículas del virus. La ingeniería genética se ocupa habitualmente del diseño de la secuencia de aminoácidos de las proteínas, y es cuestión de tiempo que se demuestren propiedades de estructura-función y hábitos macroscópicos similares o incluso más sofisticados para las jaulas de proteínas diseñadas ab-initio, "explica el Dr. Ville Liljeström que trabajó en el proyecto durante tres años de sus estudios de doctorado.

El grupo de investigación demostró una prueba de concepto que muestra que los alambres de superrejilla se pueden usar para formar materiales con propiedades físicas controladas por campos externos. Al funcionalizar los alambres de superrejilla con nanopartículas magnéticas, los cables podrían estar alineados por un campo magnético. De esta manera produjeron películas polarizantes plasmónicas. El propósito de la demostración fue mostrar que el autoensamblaje electrostático de nanopartículas puede potencialmente usarse para formar materiales procesables para aplicaciones futuras.