La ilustración muestra cómo las gotas con diferentes hebras de ADN se combinan primero en cadenas, que luego se programan para plegarse en geometrías específicas, de forma análoga al plegamiento de proteínas. La alfombra destaca una vía de plegado de una cadena de hexámeros que se pliega en un politetraedro. El zoom muestra cómo la formación de dobles hélices de ADN impulsa la unión gota a gota. Crédito:Kaitlynn Snyder
Un equipo de físicos ha creado una nueva forma de autoensamblar partículas, un avance que ofrece una nueva promesa para construir materiales complejos e innovadores a nivel microscópico.
El autoensamblaje, introducido a principios de la década de 2000, brinda a los científicos un medio para "preprogramar" partículas, lo que permite la construcción de materiales sin más intervención humana:el equivalente microscópico de los muebles de Ikea que pueden ensamblarse solos.
El avance, publicado en la revista Nature , se centra en las emulsiones (gotas de aceite sumergidas en agua) y su uso en el autoensamblaje de foldamers, que son formas únicas que pueden predecirse teóricamente a partir de la secuencia de interacciones de las gotas.
El proceso de autoensamblaje se inspira en el campo de la biología, imitando el plegamiento de proteínas y ARN usando coloides. En la Naturaleza trabajo, los investigadores crearon pequeñas gotas a base de aceite en agua, que poseían una serie de secuencias de ADN que servían como "instrucciones" de ensamblaje. Estas gotitas primero se ensamblan en cadenas flexibles y luego colapsan secuencialmente, o se pliegan, a través de moléculas de ADN pegajosas. Este plegamiento produce una docena de tipos de foldamers, y una mayor especificidad podría codificar más de la mitad de las 600 formas geométricas posibles.
Las imágenes de microscopía muestran una cadena de gotas alternas azules y amarillas que se pliegan en una geometría de corona a través de interacciones azul-azul, azul-amarillo y finalmente amarillo-amarillo, mediadas por hebras de ADN pegajosas. Las gotas microscópicas están programadas para interactuar a través de hebras de ADN pegajosas para plegarse de manera única en formas bien definidas, como se muestra aquí. Crédito:Laboratorio Brujic
"Poder preprogramar arquitecturas coloidales nos brinda los medios para crear materiales con propiedades intrincadas e innovadoras", explica Jasna Brujic, profesora del Departamento de Física de la Universidad de Nueva York y una de las investigadoras. "Nuestro trabajo muestra cómo se pueden crear de forma única cientos de geometrías autoensambladas, lo que ofrece nuevas posibilidades para la creación de la próxima generación de materiales".
La investigación también incluyó a Angus McMullen, becario postdoctoral en el Departamento de Física de la NYU, así como a Maitane Muñoz Basagoiti y Zorana Zeravcic de ESPCI Paris.
Los científicos enfatizan el aspecto contraintuitivo y pionero del método:en lugar de requerir una gran cantidad de bloques de construcción para codificar formas precisas, su técnica de plegado significa que solo se necesitan unos pocos porque cada bloque puede adoptar una variedad de formas.
"A diferencia de un rompecabezas, en el que cada pieza es diferente, nuestro proceso utiliza solo dos tipos de partículas, lo que reduce en gran medida la variedad de bloques de construcción necesarios para codificar una forma particular", explica Brujic. "La innovación radica en usar el plegado de forma similar a como lo hacen las proteínas, pero en una escala de longitud 1000 veces mayor, aproximadamente una décima parte del ancho de un mechón de cabello. Estas partículas primero se unen para formar una cadena, que luego se pliega a interacciones preprogramadas que guían la cadena a través de vías complejas hacia una geometría única".
"La capacidad de obtener un léxico de formas abre el camino para un mayor ensamblaje en materiales a mayor escala, al igual que las proteínas se agregan jerárquicamente para construir compartimentos celulares en biología", agrega. Los físicos descubren cómo las partículas se autoensamblan
