Un equipo de investigadores del Grupo Mirkin del Instituto Internacional de Nanotecnología de la Universidad Northwestern, en colaboración con la Universidad de Michigan y el Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales-CIC biomaGUNE, presenta una metodología novedosa para diseñar cuasicristales coloidales utilizando bloques de construcción modificados con ADN. Su estudio se publica en la revista Nature Materials. bajo el título "Cuasicristales coloidales diseñados con ADN".
Caracterizados por patrones ordenados pero no repetitivos, los cuasicristales han dejado perplejos a los científicos durante mucho tiempo. "La existencia de cuasicristales ha sido un enigma durante décadas y su descubrimiento fue galardonado con el Premio Nobel", afirmó Chad Mirkin, investigador principal del estudio.
"Aunque ahora hay varios ejemplos conocidos, descubiertos en la naturaleza o a través de rutas fortuitas, nuestra investigación desmitifica su formación y, lo que es más importante, muestra cómo podemos aprovechar la naturaleza programable del ADN para diseñar y ensamblar cuasicristales deliberadamente".
El punto focal del estudio fue el ensamblaje de nanopartículas decaédricas (NP), partículas con 10 lados, utilizando el ADN como armazón guía. A través de una combinación de simulaciones por computadora y experimentos meticulosos, el equipo desenterró un descubrimiento notable:estas NP decaédricas pueden orquestarse para formar estructuras cuasicristalinas con intrigantes motivos de cinco y seis coordinaciones, que finalmente culminan en la creación de un cuasicristal dodecagonal (DDQC).
"Las nanopartículas decaédricas poseen una simetría quíntuple distintiva que desafía las normas periódicas convencionales de mosaico", dijo Mirkin. "Al aprovechar las capacidades programables del ADN, pudimos dirigir el ensamblaje de estas nanopartículas en una estructura cuasicristalina robusta".
Los investigadores funcionalizaron nanopartículas de oro decaédricas con ADN bicatenario corto e implementaron un proceso de enfriamiento controlado con precisión para facilitar el ensamblaje. Las superredes cuasicristalinas resultantes exhibieron un orden cuasiperiódico de rango medio, con análisis estructurales rigurosos que confirmaron la presencia de una simetría de doce veces y un patrón distintivo de mosaico de triángulos cuadrados, características distintivas de un DDQC.
"Curiosamente, las simulaciones descubrieron que, a diferencia de la mayoría de los cuasicristales axiales, el patrón de mosaico de las capas en el cuasicristal decaedro no se repite idénticamente de una capa a la siguiente. En cambio, un porcentaje significativo de los mosaicos son diferentes, de forma aleatoria. Esta aleatoriedad produce un desorden que ayuda a estabilizar el cristal", afirmó Sharon Glotzer, coautora correspondiente del estudio y presidenta del departamento de ingeniería química de la Universidad de Michigan.
Las implicaciones de este avance son de gran alcance y ofrecen un modelo potencial para la síntesis controlada de otras estructuras complejas que antes se consideraban fuera de alcance. A medida que la comunidad científica profundiza en las perspectivas ilimitadas de la materia programable, esta investigación allana el camino para avances y aplicaciones transformadores en diversos dominios científicos.
"A través de la exitosa ingeniería de cuasicristales coloidales, hemos logrado un hito importante en el ámbito de la nanociencia. Nuestro trabajo no solo arroja luz sobre el diseño y la creación de intrincadas estructuras a nanoescala, sino que también abre un mundo de posibilidades para materiales avanzados y aplicaciones innovadoras de nanotecnología. ", afirmó Luis Liz-Marzán, coautor principal del estudio de CIC biomaGUNE.
Más información: Cuasicristales coloidales diseñados con ADN, Materiales naturales (2023). DOI:10.1038/s41563-023-01706-x
Información de la revista: Materiales naturales
Proporcionado por la Universidad Northwestern
