La nanociencia puede organizar diminutas entidades moleculares en patrones nanométricos de manera ordenada utilizando protocolos de autoensamblaje. Los científicos de la Universidad Técnica de Munich (TUM) han funcionalizado un bloque de construcción simple en forma de varilla con ácidos hidroxámicos en ambos extremos. Forman redes moleculares que no solo muestran la complejidad y la belleza del autoensamblaje de un solo componente en las superficies; también exhiben propiedades excepcionales.

El diseño de componentes para el autoensamblaje molecular requiere funcionalidades que se 'entrelacen'. Por ejemplo, nuestra información genética está codificada en dos cadenas de ADN, Cremalleras juntas en una estructura de doble hélice de 'escalera de caracol' en un proceso de autoensamblaje que se estabiliza mediante enlaces de hidrógeno.

Inspirándose en los investigadores de las 'cremalleras' de la naturaleza en la Universidad Técnica de Munich, el objetivo es construir nanoestructuras funcionales para ampliar los límites de las estructuras artificiales.

Bloques de construcción para nanoestructuras complejas

Científicos de la Universidad Técnica de Munich, diversa en disciplina, nacionalidad y género, unieron fuerzas para explorar una nueva característica en las arquitecturas bidimensionales:un grupo químico llamado ácido hidroxámico.

En la Cátedra de Proteómica y Bioanalítica se preparó un bloque de construcción conceptualmente simple:una molécula en forma de varilla con un grupo de ácido hidroxámico en cada extremo. Este bloque de construcción se transfirió luego a la Cátedra de Física de Superficies e Interfaces, donde se inspeccionó su ensamblaje sobre superficies de plata y oro atómicamente planas.

Una red nano-porosa

Una combinación de herramientas de microscopía avanzadas, Las investigaciones de espectroscopía y teoría funcional de la densidad encontraron que el bloque de construcción molecular adapta su forma de alguna manera en el entorno de la superficie de soporte y sus moléculas vecinas. Esto proporciona una variedad inusual de motivos de superficie supramolecular:de dos a seis moléculas unidas por interacciones intermoleculares.

Solo un puñado de estos motivos se autoorganizan en cristales bidimensionales. Entre ellos, surgió una red incomparable, cuyos dibujos evocan imágenes de limones en rodajas, copos de nieve o rosetones. Cuentan con tres poros de diferentes tamaños capaces de contener cómodamente pequeñas moléculas individuales de gas, como el monóxido de carbono, en la más pequeña, o proteínas pequeñas como la insulina en las más grandes.

"A este respecto, es un hito en las teselaciones logradas por nanoestructuras moleculares y el número de poros diferentes expresados ​​en redes cristalinas 2-D, "dice el Dr. Anthoula Papageorgiou, último autor de la publicación. "Por lo tanto, ofrece oportunidades únicas en nanoplantillas ascendentes, que exploraremos más a fondo ".

Nanocajas con un toque

Como nuestras manos derecha e izquierda la forma de dos estructuras de jaulas espejadas no se puede superponer. Desde el siglo XIX, Los académicos han caracterizado este tipo de simetría de objetos como 'quiral, 'del griego antiguo que significa' mano '. Este tipo de moléculas se encuentran con frecuencia en compuestos naturales. La quiralidad influye en las interacciones de la luz polarizada y las propiedades magnéticas y juega un papel vital en la vida.

Por ejemplo, Nuestros receptores olfativos reaccionan de manera muy diferente a las dos imágenes especulares de la molécula de limoneno:una huele a limón, el otro como pino. Este llamado reconocimiento quiral es un proceso que puede determinar si una molécula actúa como medicamento o como veneno.

Las paredes internas de las jaulas de nanoestructura obtenidas ofrecen sitios que pueden dirigir las moléculas huéspedes. Los investigadores observaron tal proceso en algunos de los poros más grandes, donde tres de las mismas moléculas se ensamblan como un objeto quiral. A temperatura ambiente, este objeto está en movimiento, como una bailarina de caja de música, dando lugar a una imagen borrosa.

En su trabajo futuro, el equipo espera dirigir este tipo de fenómenos para el reconocimiento quiral y la nano-maquinaria artificial.