Estas nanocintas que se ensamblan solas son más fuertes que el acero

Publicado el
Estas nanocintas que se ensamblan solas son más fuertes que el acero

Peter Allen

Un equipo de investigadores ha desarrollado una nueva clase de pequeñas moléculas que se ensamblan espontáneamente en nanocintas más fuertes que el acero. Los hallazgos podrían ser aplicables en una amplia variedad de casos: desde tecnología de baterías hasta la descontaminación del agua.

El estudio, cuyo primer autor es Ty Christoff-Tempesta del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), fue publicado en Nature Technology.

¿Autoensamblaje?

El autoensamblaje, en el mundo natural, es un proceso por el cual un sistema (un organismo vivo) forma estructuras organizadas. Este fenómeno puede verse, por ejemplo, cuando dos hebras de ADN se unen para formar una doble hélice. De esta manera, todo va al lugar que le corresponde, sin ningún estímulo ni guía externo que intervenga en el proceso.

Durante las dos últimas décadas, los científicos e ingenieros han estado siguiendo el ejemplo de la naturaleza, diseñando moléculas que puedan autoensamblarse en agua. El objetivo es crear nanoestructuras que puedan ser aplicables a la biomedicina, como la administración de fármacos, o ingeniería de tejidos. 

«Estos materiales basados ​​en moléculas pequeñas tienden a degradarse con bastante rapidez», explica Julia Ortony del MIT. “Y también son químicamente inestables. Toda la estructura se desmorona cuando se elimina el agua, especialmente cuando se aplica cualquier tipo de fuerza externa”.

Una forma a nanoescala

Con esto en mente, el equipo desarrolló una nueva clase de moléculas pequeñas que no solo se ensamblan espontáneamente, sino que conservan su estructura fuera del agua. El material que usaron sigue el modelo de una membrana celular. Su parte exterior es “hidrófila”, lo cual significa que le gusta estar en el agua. Mientras que, su parte interior es hidrofóbica, es decir que intenta evitar el agua.

Según Ortony, esta configuración «proporciona una fuerza impulsora para el autoensamblaje», ya que las moléculas se orientan para minimizar las interacciones entre las regiones hidrófobas y el agua. En consecuencia, el material adquiere una forma a nanoescala.

Inspirados en Kevlar

Como sabemos, por lo general, estas estructuras colapsaban al secarse. Pero Otorny y sus colegas idearon un plan para evitar que esto suceda. Cuando las moléculas están débilmente unidas, se mueven rápidamente, de forma análoga a un fluido; a medida que aumenta la potencia de las fuerzas intermoleculares, el movimiento se ralentiza y las moléculas adoptan un estado sólido. 

La idea, explica Ortony, «es ralentizar el movimiento molecular a través de pequeñas modificaciones en las moléculas individuales, lo que puede conducir a un cambio colectivo, y con suerte dramático, en las propiedades de la nanoestructura».

En ese sentido, una forma de ralentizar las moléculas, «es hacer que se aferren entre sí con más fuerza que en los sistemas biológicos», dice Ty Christoff-Tempesta. Eso se puede lograr cuando una densa red de fuertes enlaces de hidrógeno une las moléculas, «lo que le da a un material como el Kevlar, construido con las llamadas ‘aramidas’, su estabilidad química y resistencia».

Más fuerte que el acero

El equipo incorporó esta idea en el diseño de una molécula con tres componentes principales: una parte exterior a la que le gusta interactuar con el agua, aramidas en el medio para unirse y una parte interior que tiene una fuerte aversión al agua.

Así, el equipo decidió utilizar una molécula que dio lugar a cintas largas con un grosor de escala nanométrica. Al medir la resistencia de las nanocintas después de incluir interacciones de estilo Kevlar entre moléculas, se encontró que eran más fuertes que el acero.

El equipo todavía está en proceso de encontrar aplicaciones para su nuevo material. Sin embargo, se espera que pueda usarse para extraer metales pesados, como plomo o arsénico, del agua contaminada , o usarse para mejorar en gran medida la eficiencia de dispositivos electrónicos y baterías. 

 

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.