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  • Los ingenieros manipulan una buckyball insertando una sola molécula de agua.

    Una molécula de agua confiere polaridad eléctrica a la esfera de fullereno que la rodea, permitiendo que la estructura sea guiada por un campo eléctrico, aunque permanece eléctricamente neutro. Crédito:F. L. Bowles / Univ. de California, Davis / PRL

    (Phys.org) —Los investigadores de Columbia Engineering han desarrollado una técnica para aislar una sola molécula de agua dentro de una buckyball, o C 60 , y para impulsar el movimiento de la llamada bola no polar "grande" a través de la H polar "pequeña" encapsulada 2 O molécula, un mecanismo de transporte de control en un nanocanal bajo un campo eléctrico externo. Esperan que este método dé lugar a una serie de nuevas aplicaciones, Incluyendo formas efectivas de controlar la administración de medicamentos y ensamblar C 60 -Estructuras 3D funcionales basadas en el nivel de nanoescala, así como ampliar nuestra comprensión de las propiedades de una sola molécula. El estudio fue publicado como "Physics Focus" en la edición del 12 de abril de Cartas de revisión física .

    "Buckyballs, más formalmente conocido como Buckminsterfullerenes, o fullerenos, son esféricos, estructuras moleculares huecas hechas de 60 átomos de carbono, con el tamaño de ~ 1 nm — 6, 000-8, 000 veces más pequeño que un glóbulo rojo normal, y debido a su estructura altamente simétrica, núcleo muy hidrofóbico, enlaces no polares covalentes, y más importante, relativamente no toxicidad para el cuerpo humano, son un contenedor perfecto para moléculas de fármacos, "explica Xi Chen, profesor asociado de ingeniería ambiental y de la tierra, quien dirigió la investigación. Él y su equipo creen que su trabajo es el primer intento de manipular una molécula apolar (C 60 ) o estructura por una molécula polar insertada (H 2 O).

    Chen dice que sus hallazgos pueden abrir una nueva forma de controlar y administrar una molécula "grande" no polar como C 60 a través de la molécula polar "pequeña" encapsulada como H 2 O. Esto podría dar lugar a aplicaciones importantes en las áreas de nanotecnología y biotecnología, incluida la administración de fármacos donde los investigadores pueden "aprisionar" las moléculas polares del fármaco dentro de una estructura hueca y luego guiarlas hacia sus objetivos.

    Esto muestra la estructura de una sola molécula de agua aprisionada dentro de un fullereno C60 en equilibrio (izquierda), y trayectorias de proyección de la molécula de H2O encapsulada (centro de masa) dentro de un período para el transporte en estado estable de H2O @ C60 bajo una intensidad eléctrica de 0.05 V / Å (derecha). Crédito:Columbia Engineering

    Y, desde un punto de vista fundamental, espera que el aislado, molécula única encapsulada, como la H 2 Oh uno en su estudio, proporcionará una plataforma importante para revelar y sondear las características inherentes de una sola molécula, libre de su entorno exterior.

    "El importante papel de los enlaces de hidrógeno en las propiedades del agua, como tensión superficial y viscosidad, y las interacciones precisas entre una sola molécula de agua y enlaces de hidrógeno, todavía no están claros, "Chen señala, "por lo que nuestra nueva técnica para aislar una sola molécula de agua libre de enlaces de hidrógeno brinda una oportunidad para responder a estas preguntas".

    Desde el descubrimiento de C 60 en la década de 1980, Los científicos han estado tratando de resolver el desafío de controlar una sola C 60 . Se han desarrollado varias estrategias mecánicas que involucran AFM (microscopía de fuerza atómica), pero estos son costosos y requieren mucho tiempo. La capacidad de conducir una sola C 60 a través de un simple campo de fuerza externo, como un campo eléctrico o magnético, sería un gran paso adelante.

    En el estudio de Columbia Engineering, los investigadores encontraron que, cuando encapsularon una molécula polar dentro de un fullereno no polar, podrían usar un campo eléctrico externo para transportar las estructuras de la molécula de fullereno a las posiciones deseadas y ajustar la velocidad de transporte de modo que tanto la dirección de entrega como el tiempo fueran controlables. Al equipo de Chen se le ocurrió la idea hace un año, y confirmaron sus sorprendentes resultados a través de extensas simulaciones atomísticas.

    Chen planea explorar más propiedades de la H 2 JEFE 60 molécula y otras estructuras similares, y continuar investigando la interacción y comunicación de la única molécula de agua encapsulada con su entorno.

    "Estudiar la comunicación de una única molécula de agua aprisionada con su entorno exterior, como moléculas adyacentes, " él añade, "es como aprender cómo una persona sentada dentro de una habitación establece conexiones con amigos en el exterior, selectivamente bajo demanda (es decir, con control) o aleatoriamente (sin control) a través, decir, sobre el telefono."


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