En su búsqueda de moléculas con determinadas características, los químicos han producido millones de nuevos materiales sintéticos cada vez más complejos mediante la alteración de las estructuras químicas de las moléculas.

Tomando señales de la naturaleza, Los investigadores de la Universidad Northwestern han probado recientemente un nuevo método para lograr las propiedades moleculares que buscan:cambiando la geometría de la superficie a la que están unidas las moléculas.

"Durante años, los químicos han estado fabricando moléculas para resolver problemas, cada uno más complicado sintéticamente que el anterior, pero todavía no nos hemos acercado a lograr lo que la naturaleza puede hacer con una química mucho más simple. '", dijo Bartosz A. Grzybowski, Kenneth Burgess Profesor de Ingeniería Química y Biológica y Química en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas McCormick de Northwestern. "El componente más complejo de la naturaleza de la vida, la proteína, está hecho de solo 21 aminoácidos simples. Esta investigación explora la idea de que lo importante no es la molécula que tienes, es cómo interactúa con su entorno ".

Usando esta idea, Los investigadores desarrollaron una técnica en la que se coloca un solo tipo de molécula sobre nanopartículas con dos regiones de curvatura diferentes. Aunque las moléculas son atómicamente idénticas, Demuestran propiedades químicas únicas dependiendo de la región de curvatura a la que se unen.

Un artículo que describe la investigación, "La curvatura geométrica controla la irregularidad química y el autoensamblaje de las nanopartículas, "fue publicado el 18 de agosto en Nanotecnología de la naturaleza .

Los investigadores comenzaron colocando moléculas de un ácido carboxílico en varios puntos de varias nanopartículas de oro, algunos tan pequeños como cinco nanómetros de diámetro. Cada nanopartícula poseía una geometría diferente. En nanopartículas que presentan una mayor curvatura, las moléculas estaban naturalmente espaciadas entre sí; en nanopartículas con curvatura más gradual, estaban más juntos.

Las diferencias de curvatura influyen en la distancia entre las moléculas, haciendo posible que los investigadores induzcan el llamado "parche" en nanopartículas cilíndricas y con forma de mancuerna. Esencialmente, las moléculas pueden "sentirse" entre sí a través de interacciones electrostáticas repulsivas y, a medida que se despronan los ácidos carboxílicos, la dificultad para agregar más cargas a las nanopartículas está controlada por lo abarrotadas que están las moléculas. Estas nanopartículas "irregulares" pueden interactuar y autoensamblarse direccionalmente, imitando enlaces moleculares químicos y, los investigadores encontraron, alterando cuando cambia la carga de estas moléculas adheridas.

"Cambiar las propiedades moleculares al alterar los entornos en lugar de la estructura molecular podría liberar a los científicos para lograr más con una biblioteca más pequeña de moléculas ya existentes, y podría ofrecer alternativas a los procesos químicos que a menudo requieren productos químicos tóxicos, "dijo David Walker, estudiante de posgrado en el Departamento de Ingeniería Química y Biológica de McCormick y primer autor del artículo.

El fenómeno de la curvatura es específico de la nanoescala, donde se realiza la mayor parte de la química en los sistemas biológicos, y comienza a fallar para nanopartículas de más de 10 nanómetros de diámetro, dijeron los investigadores. "Las partículas más grandes tienen curvaturas que son demasiado sutiles para que las moléculas sientan el efecto, similar a cómo los humanos podrían percibir que la Tierra es plana, aunque ahora lo sabemos mejor, "Dijo Walker.

Los investigadores están trabajando actualmente para extender el trabajo a otras clases de moléculas que podrían ser beneficiosas para la catálisis y la energía.