El autoensamblaje de la materia es uno de los principios fundamentales de la naturaleza, Dirigir el crecimiento de sistemas ordenados y funcionales más grandes a partir de bloques de construcción más pequeños. El autoensamblaje se puede observar en todas las escalas de longitud, desde moléculas hasta galaxias. Ahora, Investigadores del Centro de Nanociencia de la Universidad de Jyväskylä y el Centro de Excelencia HYBER de la Universidad de Aalto en Finlandia informan sobre un nuevo descubrimiento de materiales bidimensionales y tridimensionales autoensamblados que están formados por diminutos nanoclusters de oro de solo un par de nanómetros en Talla, cada uno tiene 102 átomos de oro y una capa superficial de 44 moléculas de tiol. El estudio, realizado con financiación de la Academia de Finlandia y el Consejo Europeo de Investigación, ha sido publicado en Angewandte Chemie , una de las revistas de química más importantes del mundo.

La estructura atómica del nanocluster de oro de 102 átomos fue resuelta por primera vez por el grupo de Roger D Kornberg en la Universidad de Stanford en 2007. Desde entonces, Se han realizado varios estudios adicionales de sus propiedades en el Centro de Nanociencia de Jyväskylä, donde también se ha utilizado para la obtención de imágenes por microscopía electrónica de estructuras de virus. La superficie de tiol del nanocluster tiene una gran cantidad de grupos ácidos que pueden formar enlaces de hidrógeno dirigidos a nanoclusters vecinos e iniciar el autoensamblaje dirigido.

El autoensamblaje de nanoclusters de oro tuvo lugar en una mezcla de agua y metanol y produjo dos superestructuras claramente diferentes que se tomaron en un microscopio electrónico de alta resolución en la Universidad de Aalto. En una de las estructuras, capas bidimensionales ordenadas hexagonalmente de nanoclusters de oro se apilaron juntas, cada capa tiene un grosor de solo un nanocluster. Modificar las condiciones de síntesis, también esférico tridimensional, Se observaron estructuras de cápside huecas, donde el grosor de la pared de la cápside corresponde nuevamente a un solo tamaño de nanocluster (ver figura).

Si bien los detalles de los mecanismos de formación de estas superestructuras justifican más investigaciones sistémicas, las observaciones iniciales abren varias perspectivas nuevas sobre nanomateriales autoensamblables fabricados sintéticamente.

"Hoy dia, sabemos de varias decenas de tipos diferentes de nanoclusters de oro atomísticamente precisos, y creo que pueden exhibir una amplia variedad de patrones de crecimiento autoensamblados que podrían producir una variedad de nuevos metamateriales, "dijo el profesor de la Academia Hannu Häkkinen, quien coordinó la investigación en el Centro de Nanociencia. "En biología, ejemplos típicos de sistemas funcionales de autoensamblaje son virus y vesículas. Las estructuras biológicas autoensambladas también se pueden desensamblar mediante cambios suaves en las condiciones bioquímicas circundantes. Será de gran interés ver si estos materiales a base de oro se pueden desensamblar y luego volver a ensamblar en diferentes estructuras cambiando algo en la química del solvente circundante ".

"Las nanohojas bidimensionales independientes brindarán oportunidades hacia materiales funcionales de nueva generación, y las cápsides huecas allanarán el camino para materiales de estructura coloidal altamente livianos, ", Dijo el investigador postdoctoral Nonappa (Universidad de Aalto).

El profesor Olli Ikkala de la Universidad de Aalto dijo:"En un marco más amplio, se ha mantenido como un gran desafío dominar los autoensamblajes a través de todas las escalas de longitud para ajustar las propiedades funcionales de los materiales de una manera racional. Hasta aquí, Comúnmente se ha considerado suficiente para lograr distribuciones de tamaño suficientemente estrechas de las unidades estructurales de nanoescala constituyentes para lograr estructuras bien definidas. Los presentes hallazgos sugieren un cambio de paradigma para buscar unidades de nanoescala estrictamente definidas para autoensamblajes ".