Una década atrás, Los científicos notaron que sucedía algo muy extraño cuando buckyballs (moléculas de carbono con forma de balón de fútbol) se vertían sobre un cierto tipo de grafeno multicapa, un nanomaterial de carbono plano. En lugar de rodar al azar como canicas en un piso de madera, las buckybolas se ensamblaron espontáneamente en cadenas de una sola fila que se extendían por la superficie de grafeno.

Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Brown han explicado cómo funciona el fenómeno, y esa explicación podría allanar el camino para un nuevo tipo de autoensamblaje molecular controlado. En un artículo publicado en Actas de la Royal Society A , el equipo de Brown muestra ese pequeño, Las arrugas cargadas eléctricamente en las láminas de grafeno pueden interactuar con las moléculas en la superficie, organizando esas moléculas en campos eléctricos a lo largo de las trayectorias de las arrugas.

"Lo que mostramos es que las arrugas se pueden usar para crear 'cremalleras moleculares' que pueden retener moléculas en una superficie de grafeno en matrices lineales, "dijo Kyung-Suk Kim, director del Centro de Investigación de Materiales Avanzados del Instituto Brown de Innovación Molecular y Nanoescala y autor principal del estudio. "Esta disposición lineal es algo que la gente en física y química realmente quiere porque hace que las moléculas sean mucho más fáciles de manipular y estudiar".

El nuevo artículo es un seguimiento de una investigación anterior del equipo de Kim. En ese primer artículo, describieron cómo apretar suavemente láminas de grafeno en capas desde un lado hace que se deforme de una manera peculiar. En lugar de formar arrugas suavemente inclinadas como las que puede encontrar en una alfombra que ha sido arrugada contra una pared, el grafeno comprimido forma arrugas puntiagudas en forma de dientes de sierra en la superficie. Ellos forman, La investigación de Kim mostró, porque la disposición de los electrones en la red de grafeno hace que la curvatura de una arruga se localice a lo largo de una línea marcada. Las arrugas también están polarizadas eléctricamente, con picos ondulados que llevan una carga negativa fuerte y valles que llevan una carga positiva.

Kim y su equipo pensaron que las cargas eléctricas a lo largo de las arrugas podrían explicar el extraño comportamiento de las buckyballs. en parte porque el tipo de grafeno multicapa utilizado en los experimentos originales de buckyball era HOPG, un tipo de grafeno que forma arrugas de forma natural cuando se produce. Pero el equipo necesitaba demostrar definitivamente que la carga creada por las arrugas podía interactuar con moléculas externas en la superficie del grafeno. Eso es lo que los investigadores pudieron hacer en este nuevo artículo.

Su análisis utilizando la teoría funcional de la densidad, un modelo mecánico cuántico de cómo se organizan los electrones en un material, predijo que los valles ondulados cargados positivamente deberían crear una polarización eléctrica en las buckyballs eléctricamente neutrales. Esa polarización debería hacer que las buckyballs se alineen, cada uno en la misma orientación entre sí y espaciados alrededor de dos nanómetros de distancia.

Esas predicciones teóricas coinciden estrechamente con los resultados de los experimentos originales de buckyball, así como con los experimentos repetidos recientemente informados por Kim y su equipo. El estrecho acuerdo entre la teoría y el experimento ayuda a confirmar que las arrugas del grafeno se pueden utilizar para dirigir el autoensamblaje molecular. no solo con buckyballs sino también potencialmente con otras moléculas.

Kim dice que esta capacidad de cierre molecular podría tener muchas aplicaciones potenciales, particularmente en el estudio de biomoléculas como ADN y ARN. Por ejemplo, si las moléculas de ADN se pueden estirar linealmente, podría secuenciarse más rápida y fácilmente. Kim y su equipo están trabajando actualmente para ver si esto es posible.

"Aquí hay mucho potencial para aprovechar el arrugado y las interesantes propiedades eléctricas que producen, "Dijo Kim.