Los científicos de la Universidad Northwestern han construido un material estructuralmente complejo a partir de dos bloques de construcción simples que es el marco de metal-orgánico de menor densidad jamás creado.

Dirigido por reglas de diseño desarrolladas por los científicos, Los átomos de uranio y los enlazadores orgánicos se autoensamblan en un hermoso cristal:un gran red 3-D aireada de poros muy espaciosos y útiles. Los poros son tan espaciosos De hecho, que los científicos han colocado una gran enzima dentro de un poro, no es poca cosa. El material puede actuar como un andamio protector para las enzimas.

"Estamos construyendo con precisión de un átomo, "dijo Omar K. Farha, profesor investigador de química en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg que dirigió la investigación. "Nuestro material comienza a nivel de átomos individuales, medido por angstroms, y termina en el nivel de cientos de micrones, donde podemos sujetar el pequeño cristal con unas pinzas y verlo a simple vista ".

El estudio aparece en la edición del 12 de mayo de la revista Ciencias .

El material es muy ligero, a pesar de estar hecho de uranio, uno de los elementos más pesados ​​de la tabla periódica. (Los científicos usaron uranio 238, un isótopo no radiactivo.) Los átomos de uranio están tan lejos entre sí en la estructura que el marco metal-orgánico (MOF) toma el título de densidad más baja de cualquiera de la competencia.

"Es contradictorio, "dijo Farha, que se especializa en el diseño racional de MOF para catálisis, aplicaciones de detección y almacenamiento.

"Este material no se ha visto ni predicho antes. A pesar de sus simples comienzos, La estructura de nuestro MOF tiene una complejidad estructural incomparable. Y acabamos de arañar la superficie de la construcción de estructuras sofisticadas utilizando bloques de construcción simples ".

El descubrimiento revela el potencial para crear reglas generales de diseño para el autoensamblaje de estructuras complejas a partir de bloques de construcción simples al tiempo que destaca el potencial de los actínidos, como el uranio, en síntesis de materiales, Dijo Farha.

Los investigadores ahora pueden aplicar el nuevo conjunto de reglas de diseño para la construcción ascendente para sintetizar varios materiales novedosos con estructuras complejas predecibles y prediseñadas.

Los marcos metalorgánicos están bien ordenados, cristales enrejados. Los nodos de las celosías son metales, y moléculas orgánicas conectan los nodos. El nuevo MOF, llamado NU-1301, está formado únicamente por nodos de óxido de uranio y unidades enlazadoras orgánicas de tricarboxilato. Esta simplicidad hace que el MOF sea de relevancia industrial.

Además de la complejidad estructural, NU-1301 tiene una superficie muy alta, volumen de poro y estabilidad del agua y se puede utilizar para separar moléculas orgánicas pequeñas y moléculas biológicas grandes, o enzimas, según sus tamaños y cargas.

Cada celda unitaria, la unidad básica que se repite en tres dimensiones para crear la estructura cristalina, está compuesta por 816 nodos de uranio y 816 enlazadores orgánicos. Una celda unitaria mide 173 angstroms de ancho, y sigue repitiéndose. Las celdas unitarias se ensamblan en pentágonos y hexágonos, eventualmente creciendo hasta convertirse en un cristal que puede alcanzar un cuarto de milímetro de ancho.

El artículo se titula "Construcción ascendente de una superestructura en un cristal orgánico de uranio poroso".