Doctor. La estudiante Marloes Bistervels del grupo de investigación Self-Organizing Matter de AMOLF ha logrado utilizar la luz para controlar con mucha precisión la formación de nanocompuestos en forma de corales y jarrones. Al iluminar una solución de los ingredientes correctos con luz ultravioleta, puede controlar dónde, cuándo y qué estructuras surgen a escala micrométrica. Hoy, publicó sus hallazgos en la revista científica Advanced Materials .

Durante varios años, el grupo ha producido hermosas estructuras cristalinas a nanoescala que van desde corales y jarrones hasta hélices. Estas estructuras se forman espontáneamente a partir de varios productos químicos en un proceso llamado autoensamblaje. Su forma depende de la cantidad y el tipo de sustancias mezcladas. La investigación tiene como objetivo comprender y controlar el proceso.

Ha habido cierto éxito en ese sentido. Por ejemplo, los investigadores pueden elegir si quieren producir un coral o un jarrón, pero no dónde ni cuándo comienza el crecimiento. "El proceso todavía contiene una forma de caos. Sigue siendo un proceso espontáneo sobre el que nos gustaría tener más control", dice el líder del grupo, Wim Noorduin. Bistervels ha demostrado ahora que la luz es muy adecuada para lograrlo. Con un rayo estrecho de luz ultravioleta, puede influir de forma muy precisa y selectiva en una reacción química a escala micrométrica.

Interruptor para reacción química

Las estructuras fluorescentes que producen los investigadores surgen como resultado de una simple reacción química. Son compuestos de dos sustancias:carbonato de bario y silicio. Tan pronto como se forman cristales de carbonato de bario en la solución, el silicio se une y precipita junto con los cristales, dando así lugar a las formas inusuales. Un poquito de CO₂ el gas en la solución inicia este proceso. Si uno pudiera asegurar que el CO₂ surge en el lugar y momento exactos deseados, esto daría como resultado un interruptor de encendido y apagado para la reacción química.

Ahora tenemos ese interruptor. Al iluminar la solución con una lámpara UV (similar a la de una cama solar), uno de los productos químicos de la solución se descompone y forma CO₂. en el lugar exacto donde brilla la luz.

Microscopio único

Bistervels rápidamente vio que su idea funcionaba, pero que el microscopio estándar que quería usar para hacer visibles las estructuras fluorescentes no funcionaba bien en combinación con la lámpara UV. Por lo tanto, construyó un microscopio especial junto con los técnicos Marko Kamp y Hinco Schoenmaker. Con este microscopio, es posible controlar la luz ultravioleta con mucha precisión, incluso a distancia desde casa. Uno puede ver inmediatamente los cristales formados a través del microscopio y, si es necesario, ajustar el proceso de autoensamblaje. Fred Brouwer, profesor de Fotoquímica en la Universidad de Ámsterdam, ayudó a los investigadores con sus conocimientos sobre la luz y las reacciones químicas. "Gracias a estas colaboraciones únicas, pudimos combinar las fortalezas de los químicos y los físicos. He aprendido mucho de esto", dice Bistervels.

Bistervels demostró que con este enfoque, se puede ejercer un control considerable sobre las estructuras que se forman. Ella construyó una hélice y un coral cerca uno del otro, simplemente moviendo ligeramente el rayo de luz y haciendo un pequeño ajuste a la reacción química. Además, demostró que se puede producir una gran cantidad de cristales uno al lado del otro en un patrón. "Estos experimentos no son triviales", dice ella. "Se necesitan diferentes condiciones y un control multifacético sobre el tiempo y la ubicación".

El experimento más peculiar fue dibujar una línea, afirman los investigadores. Aunque eso podría parecer nada espectacular, Bistervels dice:"Esto demuestra cuánto control tenemos. Controlar la dirección en la que crecen los cristales es un logro asombroso. Controlas un proceso a nanoescala y ves el resultado a simple vista". "

Control de la biomineralización

Las estructuras son más que un simple espectáculo para la vista. Al aprender cómo pueden usar la luz para controlar el desarrollo de las estructuras, los investigadores han adquirido importantes conocimientos sobre el autoensamblaje. "Podemos aplicar los métodos para manipular reacciones químicas locales a sistemas de autoensamblaje similares. Además, vemos posibilidades de utilizar estos nuevos métodos para obtener una mejor comprensión de la biomineralización en la naturaleza, como la formación de hueso", dice Noorduin.

En otro proyecto, el grupo Self-Organizing Matter ha logrado convertir los cristales en semiconductores. Estos son materiales vitales para las células solares, los LED y los chips de computadora. Noorduin explica:"Si podemos producir semiconductores de cualquier forma deseada sin la necesidad de una sala limpia costosa y compleja, eso ofrecería posibilidades interesantes. Un ejemplo es la fabricación de componentes electrónicos mediante el autoensamblaje. Por lo tanto, actualmente estamos investigando cómo podemos controlar las estructuras tridimensionales, para que posteriormente podamos producir patrones". + Explora más

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