Los cristales fotónicos son materiales exóticos con la capacidad de guiar rayos de luz a través de espacios reducidos y podrían ser componentes vitales de chips de computadora de bajo consumo que usan luz en lugar de electricidad. Las formas rentables de producirlos han resultado esquivas, pero los investigadores se han dirigido recientemente hacia una fuente sorprendente de ayuda:las moléculas de ADN.

En un artículo que apareció el 18 de octubre en la revista Materiales de la naturaleza , Investigadores del MIT, junto con colegas del Instituto de Investigación Scripps y la Universidad de Rochester, demostró que pequeñas partículas de oro y bolas de proteína conocidas como partículas similares a virus, ambos con hebras de ADN adheridas a ellos, espontáneamente se organizarían en una estructura enrejada. Aunque los materiales en sí no son útiles para hacer cristales fotónicos, las distancias entre las partículas son exactamente las que permitirían a un cristal fotónico guiar la luz en el espectro visible.

Los cristales fotónicos están hechos de materiales con índices de refracción muy diferentes:es decir, curvan la luz en diferentes grados. Dependiendo de las distancias entre los materiales, los cristales reflejarán la luz de una determinada longitud de onda sin prácticamente ninguna pérdida. La sintonización de un cristal fotónico a la luz en el espectro visible requiere materiales espaciadores con apenas nanómetros de distancia, lo cual es difícil de hacer con las técnicas de fabricación existentes. Hasta la fecha, los únicos cristales fotónicos que funcionan en el espectro visible son bidimensionales:pueden reflejar la luz que viaja en un plano pero no en el plano perpendicular. Un cristal fotónico con las dimensiones de la nueva red de oro y proteínas de los investigadores, sin embargo, reflejaría la luz en tres dimensiones, un requisito crucial para mover la luz a través de las múltiples capas de un chip de computadora.

Extraños compañeros de cama

Abigail Lytton-Jean, un postdoctorado en el Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT y uno de los dos autores principales del nuevo artículo, comenzó a usar ADN para crear cristales autoensamblados como estudiante de posgrado en la Universidad Northwestern. Ella y su consejero, Chad Mirkin, junto con Sung Yong Park, que ahora está en la Universidad de Rochester y es coautor del nuevo artículo, también, demostró que unir cadenas de ADN de diferentes secuencias a nanopartículas de oro haría que se autoorganizaran en cristales con diferentes estructuras. Pero esta es la primera vez que se realiza el truco con múltiples materiales.

Aunque el oro y las proteínas no son útiles en sí mismos para los cristales fotónicos, Lytton-Jean dice:“Esto demuestra principalmente que tenemos dos materiales increíblemente diferentes. Tenemos una proteína blanda que es de naturaleza biológica, y luego vas al otro extremo del espectro, donde tienes una esfera metálica dura. Y si podemos hacer esto con estos dos tipos de materiales, podrías hacer esto con casi cualquier tipo de material ”. Cristales fotónicos del futuro, ella explica, muy bien podría utilizar combinaciones de metales y plásticos; de nuevo, materiales blandos y duros.

Pero Orlin Velev, Profesor Invista en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular del Estado de Carolina del Norte, dice, "Creo que la aplicación más interesante es el ensamblaje conjunto de partículas orgánicas e inorgánicas en una sola estructura". Señala que los dispositivos a nanoescala que combinan moléculas biológicas y metales podrían servir como dispositivos de administración de fármacos y como sensores de bajo costo. eso sería lo suficientemente pequeño para circular por el cuerpo.

Según Daniel Anderson, profesor asociado en la División de Ciencias y Tecnología de la Salud de Harvard-MIT y coautor del artículo, esa es otra aplicación que están investigando los investigadores del MIT. Él menciona, por ejemplo, el nuevo y prometedor campo de la interferencia de ARN (ARNi), en el que se utilizan hebras cortas de ARN para interrumpir procesos biológicos destructivos. Nanodispositivos que combinan moléculas orgánicas e inorgánicas, Anderson dice:podría "tomar moléculas potencialmente terapéuticas y llevarlas a donde necesitan ir". El trabajo de los investigadores fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud y el Instituto Skaggs de Biología Química, así como la Fundación W. M. Keck,

Velev señala que el trabajo de los investigadores es ciencia básica, y que "no se utilizará mañana para aplicaciones prácticas". Lytton-Jean reconoce que para autoensamblarse en estructuras cristalinas regulares, las nanopartículas deben tener un tamaño uniforme, y fabricarlos con especificaciones precisas no es en modo alguno trivial. "Hace una década, esto probablemente no hubiera sido posible, porque la síntesis de nanopartículas de oro no se había desarrollado tanto como en la actualidad, ”Ella dice. Es más, ella agrega, Una de las razones por las que ella y sus colegas utilizaron partículas de oro y proteínas en su última ronda de experimentos es que se conoce bien la química para unir el ADN al oro y a las proteínas. Pero, ella agrega, “Se ha trabajado mucho en la modificación de nanopartículas poliméricas. La química probablemente no sea un gran problema ".