(PhysOrg.com) - Las nanoestructuras orgánicas son elementos clave de la nanotecnología porque estos bloques de construcción se pueden fabricar con propiedades químicas personalizadas. Su desventaja ha sido que sus propiedades mecánicas han sido hasta ahora significativamente inferiores a las de las nanoestructuras metálicas.
Ehud Gazit, Itay Rousso, y un equipo de la Universidad de Tel Aviv, el Instituto de Ciencias Weizmann y la Universidad Ben-Gurion del Negev (Israel) han introducido nanoesferas orgánicas que son tan rígidas como el metal. Como informan los científicos en la revista Angewandte Chemie , son componentes interesantes para materiales biocompuestos ultrarrígidos.
Las estructuras biológicas a nanoescala a menudo exhiben propiedades mecánicas únicas; por ejemplo, la seda de araña es 25 veces más resistente que el acero en peso. Los materiales orgánicos sintéticos más rígidos conocidos hasta la fecha son las aramidas, como Kevlar. Su secreto es una disposición espacial especial de sus sistemas de anillos aromáticos y la red de interacciones entre sus enlaces amida planos. Las nuevas nanoesferas se basan en un principio de construcción similar. Sin embargo, a diferencia de las grandes cadenas poliméricas, se forman en un proceso de autoorganización a partir de moléculas muy simples basadas en dipéptidos aromáticos del aminoácido fenilalanina.
Usando un microscopio de fuerza atómica, los científicos examinaron las propiedades mecánicas de sus nanoesferas. Este dispositivo utiliza un nanotip (voladizo), un pequeño brazo de palanca flexible con una punta muy fina al final. Cuando esta punta se presiona contra una muestra, la desviación de la palanca indica si la punta de la aguja puede presionar en el objeto de muestra y hasta dónde puede llegar. Una aguja de metal no pudo dejar ninguna huella en las nanoesferas; sólo una aguja de diamante podía hacerlo. Los investigadores utilizaron estas medidas para calcular el módulo de elasticidad (módulo de Young) de las nanoesferas. Este valor es una medida de la rigidez de un material. Cuanto mayor sea el valor, mayor resistencia tiene un material a su deformación. Mediante el uso de un microscopio electrónico de barrido de alta resolución equipado con un nanomanipulador, fue posible observar directamente la deformación de las esferas.
Para las nanoesferas, el equipo midió un módulo de elasticidad notablemente alto (275 GPa), que es superior a muchos metales y similar a los valores encontrados para el acero. Esto hace que estas nanoestructuras sean las moléculas orgánicas más rígidas hasta la fecha; incluso pueden eclipsar las aramidas. Además de tener excelentes propiedades mecánicas, las nanoesferas también son transparentes. Esto los convierte en elementos ideales para el refuerzo de materiales biocompuestos ultrarrígidos, como plásticos reforzados para implantes o materiales para reemplazo de dientes, aeroespacial, y otras aplicaciones que requieren de bajo costo, Materiales ligeros con alta rigidez y estabilidad inusual.
