Los materiales que se autoensamblan y autodestruyen una vez que se realiza su trabajo son muy ventajosos para una serie de aplicaciones, como componentes en sistemas de almacenamiento temporal de datos o para dispositivos médicos. Por ejemplo, dichos materiales podrían sellar los vasos sanguíneos durante la cirugía y volver a abrirlos posteriormente. Dr. Andreas Walther, líder del grupo de investigación en DWI - Instituto Leibniz de Materiales Interactivos en Aquisgrán, desarrolló un sistema acuoso que utiliza un único punto de partida para inducir la formación de autoensamblaje, cuya estabilidad está preprogramada con una vida útil antes de que se produzca el desmontaje sin ninguna señal externa adicional, por lo que presenta un mecanismo de autorregulación artificial en condiciones cerradas. Sus resultados se publican como artículo de portada de esta semana en Nano letras .

Los principios de inspiración biológica para la síntesis de materiales complejos son uno de los principales intereses de investigación de Andreas Walther. Para permitir la preparación de muy pequeños, objetos elaborados, la nanotecnología utiliza el autoensamblaje. Generalmente, en autoensamblajes hechos por el hombre, las interacciones moleculares guían los pequeños bloques de construcción para que se agreguen en arquitecturas 3D hasta que se alcanza el equilibrio. Sin embargo, la naturaleza va un paso más allá e impide que ciertos procesos alcancen el equilibrio. El montaje compite con el desmontaje, y se produce la autorregulación. Por ejemplo, microtúbulos, componentes del citoesqueleto, crecer continuamente, encoger y reorganizar. Una vez que se quedan sin su combustible biológico, se desmontarán.

Esto motivó a Andreas Walther y su equipo a desarrollar un acuoso, sistema cerrado, en el que el equilibrio preciso entre la reacción de ensamblaje y la activación programada de la reacción de degradación controla la vida útil de los materiales. Una sola inyección inicial inicia todo el proceso, lo que distingue este nuevo enfoque de los sistemas de respuesta actuales que siempre requieren una segunda señal para desencadenar el desmontaje.

El enfoque utiliza cambios de pH para controlar el proceso. Los científicos presionan el botón de inicio agregando una base y un desactivador inactivo. Esto primero aumenta rápidamente el pH y los componentes básicos:copolímeros de bloque, nanopartículas o péptidos, luego se ensamblan en una estructura tridimensional. Al mismo tiempo, el cambio de pH estimula el desactivador inactivo. El estudiante de doctorado Thomas Heuser explica:"El desactivador inactivo se activa lentamente y activa un interruptor de apagado. Pero pasa un tiempo antes de que el interruptor de apagado desarrolle todo su potencial. Dependiendo de la estructura molecular del desactivador, esto puede ser minutos, horas o un día entero. Hasta entonces, las nanoestructuras autoensambladas permanecen estables ".

Actualmente se utiliza una reacción hidrolítica para activar el desactivador inactivo. Sin embargo, Andreas Walther y su equipo ya están trabajando en versiones más sofisticadas, que incluyen una reacción enzimática para iniciar lentamente el mecanismo de autodestrucción.