El ADN es sin duda la base de la vida. Pronto también podría ser la base de sus dispositivos electrónicos.

Un equipo de la Universidad de Northwestern ha desarrollado un nuevo conjunto de principios de diseño para hacer cristales fotónicos similares a los que se usan típicamente en la computadora, pantallas de televisión y teléfonos inteligentes. Mediante el uso de ADN sintético para ensamblar partículas en redes cristalinas, los investigadores han abierto la puerta a pantallas mucho más ligeras y delgadas en comparación con las que están disponibles actualmente.

"La mayoría de la gente mira la pantalla de una computadora portátil todos los días, pero pocas personas entienden de qué están hechas y por qué, "dijo George Schatz, Charles E. y Emma H. ​​Morrison Profesores de Química en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. "Un componente de la pantalla es el reflector trasero, un dispositivo similar a un espejo que dirige la luz emitida por la pantalla LCD al espectador. Estos reflectores están hechos con polímeros en capas que son mucho más gruesos y pesados ​​que nuestros cristales ".

El enfoque de Northwestern no solo reemplaza estos polímeros con nanocristales de oro, sino que también los separa para dejar aire entre ellos. El resultado es un más ligero, Mas Compacto, Estructura reconfigurable y diseñada con precisión que sigue siendo muy reflectante.

La investigación se publicó ayer en línea en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ). Schatz y Chad Mirkin, el director del Instituto Internacional de Nanotecnología de Northwestern y el Profesor de Química George B. Rathmann, sirvieron como coautores del artículo.

Aunque el ADN casi siempre se asocia con organismos vivos, desde bacterias simples hasta humanos complejos, el ADN utilizado en el estudio se sintetiza y manipula químicamente en lugar de derivarse de células vivas. En 1996, Mirkin inventó formas de vincular el ADN sintético con nanopartículas de oro para producir nuevos materiales que no se encuentran en la naturaleza, para utilizar esencialmente el "modelo de la vida" para programar su formación. Estas estructuras se han convertido en la base de más de 1, 800 productos utilizados en todo el mundo, principalmente en las ciencias de la vida.

Luego, en 2008, Mirkin y Schatz colaboraron para hacer cristales a partir de partículas unidas por ADN. Al unir hebras de ADN sintético a pequeñas esferas de oro, el dúo descubrió que podían construir estructuras cristalinas tridimensionales. Cambiar la secuencia de Gs de la hebra de ADN, Como, Ts y Cs cambia la forma de la estructura cristalina, permitiendo a los investigadores organizar las partículas de manera diferente en el espacio. Más de 500 tipos de cristales, que abarcan más de 30 simetrías de cristal diferentes utilizando este enfoque, lo que lo convierte en una forma poderosa y fundamentalmente nueva de programar la formación de materia cristalina.

A pesar de haber realizado avances sofisticados con este trabajo desde 2008, Mirkin y Schatz inicialmente no se dieron cuenta de que las celosías de cristal que fabricaban en el laboratorio tenían propiedades ópticas similares a las capas de polímero que se encuentran en las pantallas de los dispositivos.

"A través del modelado por computadora, nos dimos cuenta por accidente de que los materiales cristalinos con nanopartículas de oro tenían propiedades que echamos de menos antes en el trabajo, ", Dijo Schatz." Luego optimizamos las propiedades ópticas mediante cálculos, y estos demostraron que las esferas de metal que no se tocaban podían, en algunos casos, ser mejor que las esferas de polímero en contacto ".

Después de hacer los cristales en el laboratorio, Los equipos de Mirkin y Schatz midieron las propiedades ópticas de los cristales para encontrar que su modelado computacional era realmente correcto. Aunque solo probaron la naturaleza reflectante de la red cristalina en el documento PNAS actual, el método podría dar lugar a muchos tipos de materiales de "diseño" funcionales que utilizan el autoensamblaje impulsado por ADN.

"La generalidad del enfoque y las reglas de diseño son bastante extraordinarias e independientes de la composición de las partículas, ", Dijo Mirkin." Esto lleva lo que concebimos inicialmente en la década de 1990 a alturas completamente nuevas ".