Los investigadores han identificado las débiles fuerzas moleculares que mantienen unida a una pequeña, caja autoensamblable con potentes posibilidades. El estudio demuestra una aplicación práctica de una fuerza común en los sistemas biológicos y avanza en la búsqueda de vida química artificial.

"Quiero comprender los sistemas de autoensamblaje, que son esenciales para la vida. La construcción de cubos artificiales autoensamblables nos ayuda a comprender cómo funcionan los sistemas biológicos, "dijo el profesor Shuichi Hiraoka, líder del laboratorio de la Escuela de Graduados de Artes y Ciencias de la Universidad de Tokio donde se diseñaron las cajas, construido, y analizado.

La formación de ADN y proteínas son ejemplos biológicos de autoensamblaje, pero las fuerzas o procesos que controlan cómo se unen estas moléculas naturales también permanecen indefinidos. Las investigaciones del equipo de Hiraoka contribuyen a la comprensión química de cómo las moléculas naturales podrían autoensamblarse y revelar técnicas para imitar esos procesos en el futuro.

Hiraoka y su equipo identificaron las fuerzas que unían los lados de sus pequeñas cajas como fuerzas de van der Waals, principalmente fuerzas de dispersión. Estas fuerzas son atracciones débiles entre moléculas creadas cuando los electrones se agrupan temporalmente en un lado de un átomo. Los geckos pueden subir por las paredes en parte debido a las fuerzas de van der Waals.

Cada lado del cubo está formado por una molécula que tiene 2 nanómetros de diámetro y tiene la forma de un copo de nieve de seis puntas. Cada lado tiene aproximadamente una cuatromilésima parte del tamaño de una célula sanguínea humana. Las fuerzas débiles que mantienen unidos los lados del cubo hacen que la caja sea ligeramente flexible, por lo que se ajusta para adaptarse mejor a las moléculas invitadas en función de su tamaño, forma, y carga atómica. La caja puede abultarse para contener contenidos grandes o largos y contraerse para eliminar espacio extra cuando se alojan moléculas invitadas con carga (s) negativa (s).

"Aún no tenemos los datos, pero la conclusión lógica es que las moléculas invitadas en forma de cadena larga de alguna manera se pliegan para entrar en la caja, "dijo Hiraoka.

Los investigadores construyen la pequeña caja con moléculas de hexafenilbenceno. Las moléculas individuales existen como un seco, polvo blanco. Cuando se mezcla con agua, las moléculas se autoensamblan espontáneamente en cubos.

"En solución, las seis moléculas se unen tan rápidamente que no podemos observar cómo forman cubos. El proceso exacto de autoensamblaje sigue siendo un misterio, "dijo Hiraoka.

Un cubo que pueda autoensamblarse en agua tiene el potencial de futuras aplicaciones biológicas. El cubo de hexofenilbenceno también se mantiene unido incluso por encima de la temperatura de ebullición del agua, permaneciendo estable hasta 130 grados Celsius (266 grados Fahrenheit).

Los seis puntos de las moléculas de hexofenilbenceno en forma de copo de nieve se unen cuando se ensamblan en un cubo. Los investigadores describen el diseño de esta caja molecular como similar a la técnica japonesa de unión de madera llamada hozo , donde las piezas de madera se mantienen juntas sin adhesivos ni bisagras, utilizando solo diseños intrincados entrelazados.

El estudio se publica en Comunicaciones de la naturaleza .