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Un equipo de físicos ha descubierto cómo las moléculas de ADN se autoorganizan en parches adhesivos entre partículas en respuesta a las instrucciones de montaje. Sus hallazgos ofrecen una "prueba de concepto" para una forma innovadora de producir materiales con una conectividad bien definida entre las partículas.
El trabajo se publica en Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Demostramos que se pueden programar partículas para fabricar estructuras a medida con propiedades personalizadas", explica Jasna Brujic, profesora del Departamento de Física de la Universidad de Nueva York y una de las investigadoras. "Mientras que las grúas, los taladros y los martillos deben ser controlados por los humanos en la construcción de edificios, este trabajo revela cómo se puede utilizar la física para hacer materiales inteligentes que 'sepan' cómo ensamblarse".
Los científicos llevan mucho tiempo buscando un medio para que las moléculas se autoensamblen y han logrado avances en muchos frentes. Sin embargo, están menos desarrolladas las medidas en las que estas diminutas partículas se autoensamblan con un número preprogramado de enlaces.
Para abordar esta cuestión, Brujic y sus colegas, Angus McMullen, investigador postdoctoral del Departamento de Física de la Universidad de Nueva York, y Sascha Hilgenfeldt, profesor de ciencias mecánicas e ingeniería de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, llevaron a cabo una serie de experimentos para capturar -y manipular- el comportamiento de las moléculas de ADN en las superficies de las partículas.
El vídeo muestra que una partícula azul se une inicialmente a tres partículas rojas, satisfaciendo su valencia a temperatura ambiente. Al calentarse, esos enlaces se rompen, pero al enfriarse, la partícula vuelve a encontrar tres compañeros rojos, lo que demuestra que la partícula "elige" el número de enlaces que hace. Su resultado implica que los enlaces de ADN entre partículas son reversibles y se reorganizan en la superficie de la partícula para optimizar la valencia. Crédito: Angus McMullen/Departamento de Física de la Universidad de Nueva York
Operando a un nivel micrométrico -con partículas de 1/25 del tamaño de una mota de polvo- sumergieron diminutas gotas en una solución líquida. A estas gotas se les adhirieron "enlazadores de ADN", herramientas moleculares con "extremos pegajosos" que permiten mezclar y combinar para formar una serie de estructuras deseadas por los investigadores.
"Lo bueno de este procedimiento es que podemos programar las propiedades de un material específico, de forma que pueda ser elástico o frágil, o incluso tener poderes de autocuración una vez roto, ya que los enlaces pueden hacerse y romperse de forma reversible", observa Brujic. "Los creadores podrían decidir poner cinco partículas que se adhieran solo a otra, 10 que se adhieran a dos y 20 que se adhieran a tres, o cualquier otra combinación. Esto permitiría construir materiales con topologías o arquitecturas específicas".
Fuentes, créditos y referencias:
DNA self-organization controls valence in programmable colloid design, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2112604118