Chocolate sedoso, una mejor droga médica, o los paneles solares requieren lo mismo:solo los cristales adecuados que componen el material. Ahora, Los científicos que intentan comprender los caminos que toman los cristales a medida que se forman, han podido influir en ese camino modificando el ingrediente inicial.

Los conocimientos adquiridos a partir de los resultados, informó el 17 de abril en Materiales de la naturaleza , eventualmente podría ayudar a los científicos a controlar mejor el diseño de una variedad de productos para tecnologías médicas o energéticas.

"Los hallazgos abordan un debate en curso sobre las vías de cristalización, ", dijo el científico de materiales Jim De Yoreo en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía y la Universidad de Washington." Implican que puede controlar las diversas etapas del ensamblaje de materiales eligiendo cuidadosamente la estructura de sus moléculas de partida ".

De flexible a rígido

Uno de los cristales más simples, los diamantes están compuestos por un átomo:carbono. Pero en el mundo viviente cristales como los formados por la manteca de cacao en el chocolate o los mal formados que provocan la anemia de células falciformes, están formados por moléculas largas y flexibles que contienen una secuencia larga y bien definida de muchos átomos. Pueden cristalizar de diversas formas, pero solo una forma es la mejor. En productos farmacéuticos, la diferencia puede significar un medicamento que funciona frente a uno que no.

Los químicos aún no tienen suficiente control sobre la cristalización para garantizar la mejor forma, en parte porque los químicos no están seguros de cómo ocurren los primeros pasos en la cristalización. Un debate particular se ha centrado en si las moléculas complejas pueden ensamblarse directamente, con una molécula adherida a otra, como agregar una carta a la vez a una baraja. A esto lo llaman un proceso de un solo paso, las reglas matemáticas que los científicos han entendido desde hace mucho tiempo.

El otro lado del debate sostiene que los cristales requieren dos pasos para formarse. Los experimentos sugieren que las moléculas iniciales primero forman un grupo desordenado y luego, desde dentro de ese grupo, empezar a reorganizar en un cristal, como si las cartas tuvieran que mezclarse en una pila antes de que pudieran formar una baraja. De Yoreo y sus colegas querían determinar si la cristalización siempre requería el paso desordenado, y si no, Por qué no.

Grupo, chasquear y ...

Para hacerlo los científicos formaron cristales a partir de una versión algo simplificada de las moléculas de secuencia definida que se encuentran en la naturaleza, una versión que llaman peptoide. El peptoide no era complicado, solo una cadena de dos subunidades químicas repetidas (piense en "ABABAB"), pero complejo porque tenía una docena de subunidades de largo. Basado en su naturaleza química simétrica, el equipo esperaba que múltiples moléculas se unieran en una estructura más grande, como si fueran bloques de Lego que se juntan.

En una segunda serie de experimentos, querían probar cómo se ensamblaba una molécula un poco más complicada. Entonces, el equipo agregó una molécula a la secuencia inicial de ABABAB ... que sobresalía como una cola. Las colas se atraen, y el equipo esperaba que su asociación hiciera que las nuevas moléculas se agruparan. Pero no estaban seguros de lo que pasaría después.

Los investigadores pusieron las moléculas peptoides en soluciones para permitirles cristalizar. Luego, el equipo utilizó una variedad de técnicas analíticas para ver qué formas hacían los peptoides y qué tan rápido. Resulta que los dos peptoides formaron cristales de formas muy diferentes.

Una cola de dos pasos

Como la mayoría de los científicos esperaban, el peptoide más simple formó cristales iniciales de unos pocos nanómetros de tamaño que se hicieron más largos y más altos a medida que más moléculas peptoides encajaban en su lugar. El peptoide simple siguió todas las reglas de un proceso de cristalización de un solo paso.

Pero meter la cola en la mezcla interrumpió la calma, provocando que ocurriera un conjunto complejo de eventos antes de que aparecieran los cristales. En general, el equipo demostró que este peptoide más complicado primero se agrupó en pequeños grupos invisibles con las moléculas más simples.

Algunos de estos grupos se asentaron en la superficie disponible, donde se sentaron inmutables antes de convertirse repentinamente en cristales y eventualmente crecer en los mismos cristales que se ven con el peptoide simple. Este comportamiento era algo nuevo y requería un modelo matemático diferente para describirlo, según los investigadores. Comprender las nuevas reglas permitirá a los investigadores determinar la mejor manera de cristalizar moléculas.

"No esperábamos que un cambio tan pequeño hiciera que los peptoides se comportaran de esta manera, ", dijo De Yoreo." Los resultados nos hacen pensar en el sistema de una manera nueva, lo que creemos conducirá a un control más predictivo sobre el diseño y ensamblaje de materiales biomiméticos ".