El grupo de Daniela Kraft logró crear una red de micropartículas que es a la vez fuerte y completamente flexible. Esto puede parecer simple, pero son los primeros en el mundo en lograrlo. El logro representa un verdadero avance en la física de la materia blanda. El estudio se publica en Physical Review Letters .
Doctor. El candidato Julio Melio estudia redes microscópicas y flexibles y eso no es un trabajo fácil. En la naturaleza, estas microredes se encuentran en geles, polímeros o en el citoesqueleto de las células del cuerpo. "Estos materiales son flexibles gracias a los llamados modos suaves, estados flexibles", explica Melio.
"No sabemos realmente cómo afecta la temperatura a estos estados. Es demasiado complicado estudiar esto en sistemas biológicos, por eso creamos una red de esferas microscópicas, coloides, en el laboratorio. El sistema más simple es una red cuadrada. Que puede deformarse en una forma de diamante, por ejemplo."
El investigador compra coloides de sílice y les recubre de lípidos. Luego crea un enlace de ADN para conectar las esferas. "Utilizamos dos tipos de cadenas de ADN que se pueden unir entre sí y colocarlas en coloides. Estos pueden unirse entre sí, pero no con otro coloide de la misma especie. Lo especial de estos enlaces de ADN es que las partículas unidas pueden moverse entre sí, por lo que la red es flexible."
Luego comienza el difícil trabajo de colocar las cuentas en la estructura deseada. Eso es todo un desafío, explica Melio. "Se toma un coloide con las llamadas pinzas ópticas, un láser, y se pone en contacto con un segundo coloide. Así se construye la red uno por uno". Sin embargo, el sistema es extremadamente sensible, por lo que con el más mínimo cambio de circunstancias se obtienen esferas cualitativamente malas que se mantienen unidas. "Y entonces el sistema pierde su flexibilidad", afirma Melio.
La primera vez, fue necesario el Ph.D. candidato casi tres cuartos de año para hacer una cuadrícula perfectamente cuadrada de cinco por cinco coloides. "Afortunadamente, ahora puedo hacerlo mucho más rápido", afirma. Esto convierte al grupo de Kraft en el primero del mundo en construir una gran microestructura de forma tan controlada sin perder flexibilidad.
Los investigadores ya han obtenido nuevos conocimientos que ayudan a comprender mejor los modos suaves en las microrredes. Cuanto más grande es la red, es más probable que esté en el estado cuadrado en lugar de en el de diamante. Las estructuras más grandes también se cortan mejor:se deforman más fácilmente bajo la fuerza de corte que las variantes más pequeñas.
Esto es interesante para desarrollar nuevos metamateriales, donde las propiedades dependen de la estructura. Por ejemplo, cómo responde a la presión o cómo se puede plegar. Pero Melio espera especialmente poder encontrar una manera de controlar la deformación de la microrred de forma remota.
"Entonces tendríamos la base para un microrobot. Estos se utilizan, por ejemplo, en aplicaciones biomédicas, como en operaciones. Por supuesto, todavía no he llegado tan lejos. Ahora estoy experimentando con cómo hacer que los coloides sean magnéticos para ver si se pueden controlar desde el exterior de esta manera. Sería muy bueno si pudiera lograrlo antes de terminar mi doctorado", dice Melio.
Más información: Julio Melio et al, Modos normales blandos y rígidos en celosías cuadradas coloidales flexibles, Cartas de revisión física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.078202
Proporcionado por la Universidad de Leiden
