Usando estructuras de ADN como andamios, Tim Liedl, un científico de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Munich, ha demostrado que las nanopartículas de oro colocadas con precisión pueden servir como transmisores de energía eficientes.

Desde el inicio del campo en 2006, Los laboratorios de todo el mundo han estado explorando el uso de 'origami de ADN' para el ensamblaje de nanoestructuras complejas. El método se basa en cadenas de ADN con secuencias definidas que interactúan a través del emparejamiento de bases localizadas. "Con la ayuda de hebras cortas con secuencias apropiadas, podemos conectar regiones específicas de moléculas de ADN largas, más bien como formar estructuras tridimensionales doblando una hoja plana de papel de ciertas maneras, "como explica el profesor Tim Liedl de la Facultad de Física de la LMU.

Imagen e imagen reflejada

Liedl ahora ha utilizado el origami de ADN para construir objetos quirales, es decir, estructuras que no pueden superponerse mediante ninguna combinación de rotación y traslación. En cambio, poseen 'mano', y son imágenes especulares el uno del otro. Estos pares a menudo difieren en sus propiedades físicas, por ejemplo, en el grado en que absorben la luz polarizada. Este efecto se puede aprovechar de muchas formas. Por ejemplo, es la base de la espectroscopia de CD (el 'CD' aquí significa 'dicroísmo circular'), una técnica que se utiliza para dilucidar la configuración espacial general de los compuestos químicos, e incluso proteínas enteras.

Con miras al montaje de estructuras metálicas quirales, Liedl y su grupo sintetizaron estructuras complejas de ADN-origami que proporcionan sitios de unión posicionados con precisión para la unión de nanopartículas de oro esféricas y en forma de varilla. Por tanto, el andamio sirve como plantilla o molde para la colocación de nanopartículas en posiciones predeterminadas y en una orientación espacial definida. "Se puede ensamblar un objeto quiral basándose únicamente en la disposición de las nanopartículas de oro, "dice Liedl

El oro no solo es químicamente robusto, como metal noble, exhibe lo que se conoce como resonancias de plasmón superficial. Los plasmones son oscilaciones de electrones coherentes que se generan cuando la luz interactúa con la superficie de una estructura metálica. "Uno puede imaginarse estas oscilaciones como si fueran ondas que se excitan cuando se agita una botella de agua en paralelo o en ángulo recto con respecto a su eje largo, "dice Liedl.

Nanopartículas de oro como transmisores de energía

Las oscilaciones excitadas en partículas de oro espacialmente contiguas pueden acoplarse entre sí, y los plasmones en los experimentos de Liedl se comportan como imagen e imagen especular, gracias a su disposición quiral en el andamio de origami. "Esto está confirmado por nuestras mediciones espectroscópicas de CD, "dice Liedl. En los experimentos, las estructuras quirales se irradian con luz polarizada circularmente y el nivel de absorción se mide como porcentaje de la entrada. Esto permite distinguir entre sí los arreglos para diestros y zurdos.

En principio, dos nanobarras de oro deberían ser suficientes para la construcción de un objeto quiral, ya que pueden disponerse en forma de L o L invertida. las varillas utilizadas en los experimentos estaban relativamente separadas (en la nanoescala) y los plasmones excitados en uno tenían poco efecto sobre los generados en el otro, es decir, los dos apenas se acoplaron entre sí. Pero Liedl y sus colegas tenían un truco bajo la manga. Mediante el rediseño apropiado de la estructura del origami, pudieron colocar una nanoesfera de oro entre el par de barras en forma de L, que amplificó eficazmente el acoplamiento. La espectroscopia de CD reveló la presencia de transiciones de energía, confirmando así la hipótesis que el equipo había derivado de las simulaciones.

Liedl prevé dos escenarios potenciales en los que estas nanoestructuras podrían encontrar una aplicación práctica. Podrían usarse para detectar virus, ya que la unión de ácidos nucleicos virales a una partícula de oro amplificará la señal de CD. Además, Los transmisores plasmónicos quirales podrían servir como dispositivos de conmutación de modelos en computadoras ópticas, en el que los elementos ópticos reemplazan a los transistores que son los caballos de batalla de las computadoras electrónicas.