Los nanocubos son todo menos un juego de niños. Los científicos del Instituto Weizmann los han utilizado para crear hebras sorprendentemente similares a hilos:demostraron que dadas las condiciones adecuadas, Las nanopartículas en forma de cubo pueden alinearse en estructuras helicoidales sinuosas. Sus resultados, que revelan cómo los nanomateriales pueden autoensamblarse en estructuras inesperadamente hermosas y complejas, fueron publicados recientemente en Ciencias .

El Dr. Rafal Klajn y el becario postdoctoral Dr. Gurvinder Singh del Departamento de Química Orgánica del Instituto utilizaron nanocubos de un material de óxido de hierro llamado magnetita. Como su nombre indica, este material es naturalmente magnético:se encuentra por todas partes, incluidas las bacterias internas que lo utilizan para detectar el campo magnético de la Tierra.

El magnetismo es solo una de las fuerzas que actúan sobre las nanopartículas. Junto con el grupo de investigación del Prof. Petr Král de la Universidad de Illinois, Chicago Klajn y Singh desarrollaron modelos teóricos para comprender cómo las diversas fuerzas podían empujar y tirar de los pequeños trozos de magnetita en diferentes formaciones. "Diferentes tipos de fuerzas obligan a las nanopartículas a alinearse de diferentes maneras, "dice Klajn." Estos pueden competir entre sí; así que la idea es encontrar el equilibrio de fuerzas en competencia que puedan inducir el autoensamblaje de las partículas en materiales novedosos ". Los modelos sugirieron que la forma de las nanopartículas es importante:solo los cubos proporcionarían un equilibrio adecuado de fuerzas necesarias para tirar juntos en formaciones helicoidales.

Los investigadores encontraron que las dos principales fuerzas en competencia son el magnetismo y la fuerza de van der Waals. El magnetismo hace que las partículas magnéticas se atraigan y se repelan entre sí, provocando que las partículas cúbicas se alineen en sus esquinas. Las fuerzas de van der Waals, por otra parte, acercar los lados de los cubos, persuadiéndolos de que se alineen en una fila. Cuando estas fuerzas actúan juntas sobre los cubos diminutos, el resultado es la alineación escalonada que produce estructuras helicoidales.

En sus experimentos, los científicos expusieron concentraciones relativamente altas de nanocubos de magnetita colocados en una solución a un campo magnético. El largo, Las cadenas helicoidales en forma de cuerda que obtuvieron después de que se evaporó la solución eran sorprendentemente uniformes. Repitieron el experimento con nanopartículas de otras formas pero, como se predijo, solo los cubos tenían la forma física adecuada para alinearse en una hélice. Klajn y Singh también descubrieron que podían obtener hebras quirales, todas enrolladas en la misma dirección, con concentraciones de partículas muy altas en las que varias hebras se ensamblan muy juntas. Aparentemente, las fuerzas en competencia pueden "tomar en consideración" la forma más eficiente de empaquetar las hebras en el espacio.

Aunque las hebras de nanocubos se ven lo suficientemente bien como para tejerlas, Klajn dice que es demasiado pronto para empezar a pensar en aplicaciones comerciales. El valor inmediato del trabajo, él dice, es que ha demostrado ser un principio fundamental del autoensamblaje a nanoescala. "Aunque la magnetita ha sido bien estudiada, también su forma de nanopartícula, durante muchas décadas, nadie ha observado estas estructuras antes, ", dice Klajn." Sólo una vez que comprendamos cómo actúan las diversas fuerzas físicas sobre las nanopartículas, podremos comenzar a aplicar los conocimientos a objetivos tales como la fabricación de cosas previamente desconocidas, materiales autoensamblados ".