Como Legos a pequeña escala que encajan en su lugar, la naturaleza reúne de forma autónoma bloques de construcción microscópicos. Los sistemas vivos son máquinas bioquímicas que se destacan en la construcción y el movimiento de sus partes. Así como las máquinas necesitan energía de alguna forma para funcionar, los sistemas vivos se energizan consumiendo "combustible" —sustancias o alimentos— de manera confiable. El cuerpo humano, por ejemplo, contrae los músculos mediante el movimiento de diminutos nanomotores, dispositivos moleculares que convierten la energía en la escala nanométrica para generar movimiento en la macroescala. La capacidad de imitar el autoensamblaje de la naturaleza revolucionaría el enfoque de la ciencia para sintetizar materiales que podrían curar, contratar o reconfigurar.
Para explorar este mimetismo potencial, El profesor asistente de física de la Universidad de California en San Diego Jeremie Palacci y el becario postdoctoral Antoine Aubret, junto con el profesor Stefano Sacanna y su equipo en la Universidad de Nueva York, introdujo un nuevo enfoque para ensamblar bloques microscópicos especialmente diseñados en pequeñas máquinas con forma de engranaje. Los resultados de su investigación se describen en un artículo titulado, "Montaje específico y sincronización de microengranajes autohilantes, "publicado el 23 de julio en línea en Física de la naturaleza .
"Este es un primer paso importante en lo que podemos construir sintéticamente para emular sistemas vivos, "señaló Palacci.
Los bloques de construcción son micropartículas autoamplificadas que se impulsan después de ser activadas por la luz. Los científicos los diseñaron especialmente para detectar gradientes de luz de forma autónoma y navegar en patrones de luz. Esto conduce a su notable ensamblaje en un solo tipo de máquina:una microengranaje de hilado compuesto por siete micropartículas de este tipo:una "máquina hecha de máquinas".
Como una materia suave condensada, El físico experimental Palacci dijo que el equipo ensambló los microengranajes en motivos más sofisticados y máquinas más grandes, sincronizando como engranajes mecánicos, aunque no estén en contacto.
"Esto no es magia, obviamente, pero la física, ", dijo Palacci." Los engranajes se sienten entre sí e interactúan a través del combustible que consumen y el líquido que mueven ".
Aubret dijo que era emocionante ver lo que se podía hacer en términos de autoensamblaje usando dos ingredientes simples:señales de luz y un bloque de construcción bien diseñado.
"En lugar de recoger las partículas una por una, simplemente superpusimos patrones de luz con nuestra configuración óptica, y deje que las partículas y los rotores hagan el trabajo, ", explicó." Por supuesto, ha sido mucho trabajo llegar hasta aquí, pero este es solo el comienzo de la historia. Abre nuevas vías para nuestra investigación, y esperamos poder ascender aún más en la jerarquía de los procesos de autoensamblaje ".
Según Germano Iannacchione, Director del programa NSF que supervisó la subvención de Palacci, El objetivo de la investigación en materia blanda no es solo comprender los principios fundamentales que rigen este campo de la ciencia vibrante y diverso, pero también para traducir estos principios en medios para controlar la materia de nuevas formas.
"La parte emocionante de este trabajo es el descubrimiento de cómo controlar y ensamblar partículas pequeñas en grandes, estructuras diseñadas que luego pueden ser manipuladas con luz. Esta investigación es un hermoso ejemplo de cómo hacer una pequeña proto-máquina que ni siquiera tocas, "dijo Iannacchione.
