Desarrollan nanomateriales que se autoensamblan e imitan procesos naturales

Nanomateriales capaces de autoensamblarse en forma de una cuerda de polímeros de 600 nanómetros de diámetro, imitando el comportamiento de materiales naturales, fueron desarrollados en el marco de una investigación encarada en el Lawrence Berkeley National Laboratory. Este avance podría incrementar la resistencia y operatividad de los nanomateriales en distintos contextos.

El objetivo del grupo de investigación es avanzar en la auto-organización de los materiales a nanoescala que imitan la complejidad de los procesos naturales. Al mismo tiempo, se busca que estos nanomateriales sean lo suficientemente resistentes como para soportar condiciones extremas de calor o sequedad, por ejemplo.

Aunque todavía se encuentra en la etapa de desarrollo, la investigación podría conducir a nuevas aplicaciones capaces de combinar las ventajas de las tecnologías a nanoescala y los procesos naturales. De esta forma, podrían diseñarse nuevos sensores o dispositivos con utilidad en diferentes campos.

Los primeros resultados obtenidos por este grupo de investigación fueron publicados en un reciente artículo del medio especializado Journal of the American Chemical Society, y además formaron parte de una nota de prensa lanzada por el Lawrence Berkeley National Laboratory, dependiente del Department of Energy de los Estados Unidos.

Ventajas de los nuevos complejos de nanomateriales

Los especialistas crearon las condiciones para que los polímeros sintéticos se ensamblen en estructuras cada vez más complicadas. Es así que en principio se integraron en hojas individuales, luego en conjuntos de hojas y posteriormente conformaron una doble hélice similar a una cuerda, que mide solamente 600 nanómetros de diámetro.

Los procesos de autoensamblaje de este tipo son habituales en distintos materiales biológicos como el colágeno, pero el diseño de estructuras sintéticas que imiten este comportamiento es un gran desafío en el campo de los nanomateriales. El trabajo de los ingenieros y científicos del Lawrence Berkeley National Laboratory es un importante avance en este punto.

A diferencia de los polímeros normales, el complejo de nanomateriales diseñado permite controlar átomo por átomo las características de la estructura filamentosa. Al mismo tiempo, también posibilita el diseño de hélices y cuerdas a nanoescala de longitudes y secuencias específicas.

Esta versatilidad abre la puerta para el desarrollo de estructuras sintéticas que imiten la capacidad de los materiales biológicos, permitiendo la creación de dispositivos y aplicaciones de máxima precisión, con utilidad en terrenos tan disímiles como la nanoelectrónica y la bioingeniería.

Detalles de la investigación

Por ejemplo, los especialistas trabajaron con cadenas de polímeros denominados peptoids, estructuras que imitan a los péptidos, empleados en la naturaleza para formar las proteínas. De esta manera, se está tratando de utilizar peptoids para construir estructuras sintéticas que se comportan como las proteínas.

Por otro lado, se ha trabajado con copolímeros de bloque para lograr su autoensamblaje y propiciar la conformación de estructuras a nanoescala. El estudio de la secuencia detallada del proceso y de la funcionalidad de las unidades utilizadas busca avanzar en el diseño de estructuras cada vez más complejas.

El resultado obtenido fue una amplia variedad de formas autodesarrolladas por los complejos de nanomateriales, siendo sin dudas la doble hélice conformando una cuerda a nanoescala la estructura más interesante conseguida hasta el momento. Vale recordar que la posibilidad de manejar átomo por átomo resulta vital para optimizar las condiciones de estos nanomateriales.

Con el propósito de investigar las propiedades fundamentales de las sustancias estudiadas y caracterizar a las nuevas estructuras, los complejos de nanomateriales fueron sometidos a experimentos de difracción de rayos X. Además, este trabajo fue apoyado por la Office of Naval Research.