Los químicos de la Universidad de Tokio han diseñado diminutos nanocubos que naturalmente brillan en azul bajo la luz ultravioleta. El resplandor es 3.9 veces más brillante cuando los cubos están llenos de gas inflamable. Los nanocubos son un primer paso hacia la creación de un sistema artificial que imita el edificio natural, capacidades de detección e información de la vida biológica. Publicado originalmente en Química de las comunicaciones , DOI:10.1038 / s42004-019-0212-6. Crédito:Zhan et al., CC-BY
Un cubo de una cuadragésima parte del tamaño de un glóbulo rojo humano puede brillar cuando detecta gas inflamable. El nanocubo, diseñado por químicos de la Universidad de Tokio, es parte de un proyecto de investigación para desarrollar sistemas artificiales que imiten la compleja cadena de eventos dentro de las células vivas.
El equipo de investigación ha trabajado en el proyecto de nanocubos durante más de una década. Una característica clave del nanocubo, solo dos nanómetros de cada lado, es que se junta, intentando imitar la forma en que las proteínas y el ADN se unen en las células vivas.
Imitando la vida
"La gente piensa automáticamente en los dispositivos cuando hablamos de sensores. Pero hay muchos ejemplos de sensores naturales en el cuerpo, "dijo el profesor Shuichi Hiraoka, el investigador principal del proyecto del Departamento de Ciencias Básicas de la Universidad de Tokio.
La cadena básica de eventos en una célula para detectar e informar alguna señal tiene tres pasos:(1) Un receptor detecta la molécula diana, (2) el receptor envía una señal al reportero y (3) el reportero transmite la señal a otra parte de la célula.
El nanocubo brillante simplifica el sistema porque es tanto el receptor (el interior del cubo) como el reportero (el resplandor). "De esta manera, evitamos el problema de transferir información del receptor al reportero, "explicó Hiraoka.
Los sensores de nanocubos envuelven completamente las moléculas que contienen, lo que significa que podrían ser especialmente útiles para distinguir entre moléculas que tienen la forma de cadenas simples de diferentes longitudes (alcanos) sin grupos funcionales únicos.
Brillando con gas
Investigadores de la Universidad de Tokio han construido un sencillo barato, detector altamente sensible y específico de gas licuado de petróleo (GLP). El gas es detectado por una pequeña caja llamada nanocubo, aproximadamente una cuadragésima parte del tamaño de un glóbulo rojo humano. El nanocubo se ilumina en azul bajo una luz fluorescente cuando está lleno de gas. Publicado originalmente en Química de las comunicaciones DOI:10.1038 / s42004-019-0212-6 Crédito:Zhan et al., CC-BY
El último análisis revela que los nanocubos brillan en azul bajo luz ultravioleta (UV) cuando se llenan de gas licuado de petróleo (GLP). un tipo de gas inflamable. La sustancia química de la que está hecho el cubo es un polvo blanco cuando está seco, pero cuando se mezcla con agua, seis moléculas en forma de engranajes o copos de nieve se conectan automáticamente para formar los cubos. El brillo natural o fluorescencia, de los nanocubos es un equilibrio de dos características físicas en competencia de esas moléculas:el brillo es limitado cuando las moléculas se apilan como panqueques, pero se mejora cuando las moléculas se bloquean en su lugar y se separan ligeramente unas de otras.
Tres moléculas se unen en cada esquina del cubo, por lo que sus bordes se "apilan" juntos, Limitando el resplandor. Cuando el cubo se llena de gas, las esquinas se abultan ligeramente y ese estiramiento realza el brillo.
Detectores de gas nanocubos
Los investigadores construyeron un detector de gas simple usando solo los nanocubos, una luz ultravioleta común y un detector de luz fluorescente. Los nanocubos son tan sensibles como cualquier detector de gas actual, lo que significa que podrían detectar cantidades muy bajas de GLP.
Sin embargo, los nanocubos son increíblemente específicos para GLP. No detectan otros tipos similares de gas inflamable, como metano (gas natural) o dióxido de carbono (CO 2 ). Esta especificidad probablemente se debe a que exactamente tres moléculas de GLP se insertan en bloques similares en el juego Tetris para un ajuste perfecto dentro del nanocubo.
Los detectores de gas comunes no tienen esta especificidad y harán sonar una alarma para cualquier tipo de gas peligroso. "El hecho de que los sensores comunes no puedan distinguir estos gases similares no es realmente un problema, porque todos son peligrosos para nosotros, "dijo Hiraoka.
En lugar de diseñar un nuevo detector de gas, El verdadero objetivo de los investigadores es imitar la compleja cadena de eventos para detectar e informar señales en células vivas. Los investigadores están planificando proyectos adicionales para alterar los componentes básicos de los nanocubos para que los cubos puedan detectar diferentes moléculas e informar diferentes señales.
