Las nanocintas de grafeno (GNR) se doblan y retuercen fácilmente en solución, haciéndolos adaptables para usos biológicos como el análisis de ADN, administración de fármacos y aplicaciones biomiméticas, según científicos de la Universidad de Rice.

Conocer los detalles de cómo se comportan los GNR en una solución ayudará a que sean adecuados para un amplio uso en biomiméticos. según el físico de Rice, Ching-Hwa Kiang, cuyo laboratorio empleó sus capacidades únicas para sondear materiales a nanoescala como células y proteínas en ambientes húmedos. Los materiales biomiméticos son aquellos que imitan las formas y propiedades de los materiales naturales.

La investigación dirigida por Sithara Wijeratne, recién graduada de Rice, ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Harvard, aparece en la revista Nature Informes científicos .

Las nanocintas de grafeno pueden ser miles de veces más largas que anchas. Pueden producirse a granel "descomprimiendo" químicamente nanotubos de carbono, un proceso inventado por el químico y coautor de Rice James Tour y su laboratorio.

Su tamaño significa que pueden operar en la escala de componentes biológicos como proteínas y ADN, Dijo Kiang. "Estudiamos las propiedades mecánicas de todo tipo de materiales, de proteínas a células, pero un poco diferente de la forma en que lo hacen otras personas, ", dijo." Nos gusta ver cómo se comportan los materiales en solución, porque ahí es donde están las cosas biológicas ”. Kiang es un pionero en el desarrollo de métodos para sondear los estados energéticos de las proteínas a medida que se pliegan y se despliegan.

Dijo que Tour sugirió que su laboratorio echara un vistazo a las propiedades mecánicas de los GNR. "Es un poco más de trabajo estudiar estas cosas en solución en lugar de en seco, pero esa es nuestra especialidad, " ella dijo.

Las nanocintas son conocidas por agregar resistencia pero no peso a los compuestos de estado sólido, como cuadros de bicicletas y raquetas de tenis, y formar una matriz eléctricamente activa. Un proyecto reciente de Rice los incorporó a un revestimiento anticongelante eficiente para aviones.

Pero en un entorno más blando, su capacidad para adaptarse a las superficies, llevar la corriente y fortalecer los compuestos también podría ser valioso.

"Resulta que el grafeno se comporta razonablemente bien, algo similar a otros materiales biológicos. Pero lo interesante es que se comporta de manera diferente en una solución que en el aire, ", dijo. Los investigadores encontraron que, al igual que el ADN y las proteínas, nanocintas en solución forman naturalmente pliegues y bucles, pero también pueden formar helicoides, arrugas y espirales.

Kiang, Wijeratne y Jingqiang Li, un coautor y estudiante en el laboratorio de Kiang, utilizó microscopía de fuerza atómica para probar sus propiedades. La microscopía de fuerza atómica no solo puede recopilar imágenes de alta resolución, sino que también puede tomar medidas sensibles de la fuerza de los nanomateriales tirando de ellos. Los investigadores probaron los GNR y sus precursores, nanocintas de óxido de grafeno.

Los investigadores descubrieron que todas las nanocintas se vuelven rígidas bajo estrés, pero su rigidez aumenta a medida que se eliminan las moléculas de óxido para convertir las nanocintas de óxido de grafeno en GNR. Sugirieron que esta capacidad para ajustar su rigidez debería ayudar con el diseño y la fabricación de interfaces biomiméticas GNR.

"Los materiales de grafeno y óxido de grafeno se pueden funcionalizar (o modificar) para integrarse con varios sistemas biológicos, como el ADN, proteínas e incluso células, ", Dijo Kiang." Estos se han realizado en dispositivos biológicos, detección de biomoléculas y medicina molecular. La sensibilidad de los dispositivos biológicos de grafeno se puede mejorar mediante el uso de materiales de grafeno estrechos como las nanocintas ".

Wijeratne señaló que las nanocintas de grafeno ya se están probando para su uso en la secuenciación de ADN, en el que las hebras de ADN se extraen a través de un nanoporo en un material electrificado. Los componentes básicos del ADN afectan el campo eléctrico, que se puede leer para identificar las bases.

Los investigadores vieron la biocompatibilidad de las nanocintas como potencialmente útil para los sensores que podrían viajar a través del cuerpo e informar sobre lo que encuentran. no muy diferente de los nanoinformadores del laboratorio Tour que recuperan información de los pozos de petróleo.

Otros estudios se centrarán en el efecto del ancho de las nanocintas, que van de 10 a 100 nanómetros, en sus propiedades.