Usando solo carga electrostática, las micropartículas comunes pueden organizarse espontáneamente en materiales cristalinos muy ordenados, el equivalente a la sal de mesa o los ópalos, según un nuevo estudio dirigido por químicos de la Universidad de Nueva York y publicado en Naturaleza .

"Nuestra investigación arroja nueva luz sobre los procesos de autoensamblaje que podrían utilizarse para fabricar nuevos materiales funcionales, "dijo Stefano Sacanna, profesor asociado de química en NYU y autor principal del estudio.

El autoensamblaje es un proceso en el que las partículas diminutas se reconocen entre sí y se unen de una manera predeterminada. Estas partículas se unen y se ensamblan en algo útil de forma espontánea, después de un evento desencadenante, o un cambio en las condiciones.

Un enfoque para programar partículas para que se ensamblen de una manera particular es recubrirlas con hebras de ADN; el código genético instruye a las partículas sobre cómo y dónde unirse entre sí. Sin embargo, porque este enfoque requiere una cantidad considerable de ADN, puede resultar caro y se limita a realizar muestras muy pequeñas.

En su estudio en Naturaleza , los investigadores adoptaron un enfoque diferente para el autoensamblaje utilizando un método mucho más simple. En lugar de usar ADN, utilizaron carga electrostática.

El proceso es similar a lo que sucede cuando se mezcla sal en una olla de agua, Sacanna explicó. Cuando se agrega sal al agua, los diminutos cristales se disuelven en iones de cloro con carga negativa e iones de sodio con carga positiva. Cuando el agua se evapora, las partículas cargadas positiva y negativamente se recombinan en cristales de sal.

"En lugar de utilizar iones atómicos como los de la sal, usamos partículas coloidales, que son miles de veces más grandes. Cuando mezclamos las partículas coloidales en las condiciones adecuadas, se comportan como iones atómicos y se autoensamblan en cristales, "dijo Sacanna.

El proceso permite fabricar grandes cantidades de materiales.

"Utilizando la carga superficial natural de las partículas, Nos las arreglamos para evitar hacer nada de la química de superficie que normalmente se requiere para un ensamblaje tan elaborado, permitiéndonos crear fácilmente grandes volúmenes de cristales, "dijo Theodore Hueckel, investigador postdoctoral en NYU y primer autor del estudio.

Además de crear materiales coloidales similares a la sal, los investigadores utilizaron el autoensamblaje para crear materiales coloidales que imitan las piedras preciosas, en particular, ópalos. Los ópalos son iridiscentes y coloridos, resultado de su microestructura cristalina interna y su interacción con la luz. En el laboratorio, los investigadores crearon sus piedras preciosas de probeta con microestructuras internas muy similares a los ópalos.

"Si toma una imagen muy ampliada de un ópalo, Verá los mismos pequeños bloques de construcción esféricos alineados de manera regular, "añadió Hueckel.

El uso de carga electrostática para el autoensamblaje permite a los investigadores imitar materiales que se encuentran en la naturaleza, pero también tiene ventajas más allá de lo que ocurre naturalmente. Por ejemplo, pueden ajustar el tamaño y la forma de las partículas cargadas positiva y negativamente, lo que permite una amplia gama de diferentes estructuras cristalinas.

"Nos inspiran los cristales iónicos de la naturaleza, pero creemos que avanzaremos más allá de su complejidad estructural utilizando todos los elementos de diseño disponibles de forma exclusiva para los bloques de construcción coloidales, "dijo Hueckel.