La bola de rompecabezas china es una obra de arte decorativa ornamentada que consta de varias conchas concéntricas que se mueven independientemente unas de otras. En la última década, Los científicos chinos proporcionaron un método universal para la fabricación de una estructura a microescala conceptualmente similar, llamada estructura hueca multicapa (HoMS).

Un nuevo estudio dirigido por el profesor Wang Dan del Instituto de Ingeniería de Procesos (IPE) de la Academia de Ciencias de China propone un concepto novedoso de ordenamiento temporal-espacial y comportamiento inteligente dinámico en HoMS. Fue publicado en Naturaleza Comentarios Química el 11 de febrero.

A diferencia de las nanopartículas o esferas huecas de una sola capa, HoMS tiene aplicaciones potenciales en campos que van desde la conversión y el almacenamiento de energía hasta la catálisis, ya que evita la fácil aglomeración de nanopartículas, mantiene la ventaja del área de superficie efectiva, y beneficia la transmisión masiva.

En la primera fase de su trabajo, el grupo desarrolló un sencillo enfoque secuencial de plantillas (STA) para la fabricación de HoMS. Este enfoque realizó un control preciso del número de proyectiles, espesor, distancia, y exposición de facetas, modulando así las propiedades de la superficie y la interfaz de los materiales HoMS.

Específicamente, las múltiples carcasas separan el espacio en varios, subespacios relativamente aislados. Al mismo tiempo, los poros heterogéneos de cada capa facilitan la transmisión de pequeñas moléculas.

"Cuando una molécula u onda electromagnética se difunde a través de HoMS, experimenta un orden establecido de entornos y pasa un tiempo controlable en cada uno, ", dijo Wang." Basado en la comprensión de la relación de propiedad de estructura, llamamos a esta característica específica de HoMS como 'ordenamiento temporal-espacial' ".

Curiosamente, en el sistema de antena de las cianobacterias, Se cargan diferentes pigmentos de antena en un cierto orden para realizar la recolección secuencial de energía luminosa, que es el ejemplo del ordenamiento temporal-espacial natural. Esta estructura específica asegura la ruta rápida y precisa para acumular gran cantidad de oxígeno en cantidades significativas para la vida oxigenada.

"Inspirado en la naturaleza, Creemos que la estructura única sugiere aplicaciones prometedoras para HoMS en la recolección secuencial de ondas electromagnéticas, reacciones catalíticas en cascada, liberación sostenida de fármacos, y tecnologías híbridas de almacenamiento de energía, "dijo Wang.

El grupo también propuso otra propuesta prometedora:HoMS con espacios aislados en múltiples entornos químicos podría expresar un comportamiento inteligente dinámico.

Mediante modificación química, Los HoMS pueden vincular el objetivo y quizás también evolucionar por sí mismos para tener las propiedades deseadas en el momento deseado, lo que sería muy deseable en los campos de la ingeniería química y la bioquímica.