Al igual que las fuerzas gravitacionales que son responsables de la atracción entre la Tierra y la Luna, así como la dinámica de todo el sistema solar, existen fuerzas atractivas entre los objetos a nanoescala.
Estas son las llamadas fuerzas de van der Waals, que son ubicuas en su naturaleza y se cree que juegan un papel crucial en la determinación de la estructura, estabilidad y función de una amplia variedad de sistemas en los campos de la biología, la química, la física y los materialesCiencias.
"En pocas palabras, cada sistema molecular y cada material en la naturaleza experimenta estas fuerzas", dijo Robert A. DiStasio Jr., profesor asistente de química y biología química en la Facultad de Artes y Ciencias. "De hecho, estamosdescubriendo que su influencia es bastante extensa e incluye interacciones proteína-fármaco, la estabilidad de la doble hélice del ADN e incluso las propiedades de adhesión peculiares del pie del geco ".
En comparación con el enlace covalente que implica compartir pares de electrones entre átomos, las fuerzas de van der Waals son relativamente débiles y surgen de interacciones electrostáticas instantáneas entre las nubes de electrones fluctuantes que rodean los objetos microscópicos. Sin embargo, estas fuerzas aún son cuánticasde origen mecánico y han planteado un desafío sustancial tanto para la teoría como para el experimento hasta la fecha.
En un artículo en la edición del 11 de marzo de Science, DiStasio y el colaborador Alexandre Tkatchenko de la Universidad de Luxemburgo y el Instituto Fritz Haber han presentado una nueva propuesta para describir las fuerzas de van der Waals entre objetos a escala nanométrica.
En términos generales, hay dos escuelas de pensamiento con respecto a estas fuerzas. La descripción predominante de las interacciones de van der Waals entre la mayoría de los químicos y biólogos es la imagen de dos dipolos eléctricos inducidos, similares a los polos N y S de un imán, que representandistribuciones desiguales de cargas positivas y negativas. Sin embargo, la imagen expuesta por muchos físicos se centra en el hecho de que las fluctuaciones de vacío en forma de onda son responsables de las interacciones de van der Waals entre objetos macroscópicos más grandes.
En su trabajo, DiStasio y Tkatchenko demuestran que estas fuerzas fundamentales entre nanoestructuras también deben describirse mediante las interacciones electrostáticas entre fluctuaciones de densidad de carga en forma de onda o deslocalizadas en lugar de los dipolos inducidos como partículas o locales mencionados anteriormente.el trabajo podría ayudar a cerrar la brecha entre estos dos sistemas de creencias y ayudar a los científicos a comprender y controlar las interacciones entre los objetos a nanoescala.
"Nuestro trabajo está demostrando que existe una variedad mucho más amplia de sistemas, como los sistemas nanoestructurados, donde hay que pensar en la fuerza de van der Waals en términos de interacciones entre ondas en lugar de interacciones entre partículas", dijo Tkatchenko.
Paul McEuen, profesor de Ciencias Físicas John A. Newman y director del Instituto Kavli en Cornell para Ciencia a Nanoescala, ve la investigación del dúo como un primer paso importante en un largo y complicado viaje hacia lo que McEuen caracterizó en tono de broma "resolviendo biología "
"Suena como un problema bastante aburrido, pero en realidad es un problema profundamente importante, la forma en que se ensamblan las biomoléculas, etc.", dijo McEuen. "Es un problema enormemente importante, especialmente para alguien como yo, que es un nano-chico,pero tomará tiempo resolverlo "
McEuen está entusiasmado con el trabajo y dijo que él y DiStasio esperan colaborar en investigaciones relacionadas en el futuro.
"Este trabajo proporciona un marco conceptual, o lenguaje común, que los biólogos, químicos, físicos y científicos de materiales pueden usar para describir las fuerzas de van der Waals a nanoescala", dijo DiStasio. "También proporciona un marco computacional para predecir con precisión cómoestas interacciones ubicuas influyen en las propiedades físicas y químicas de la materia "
Esta investigación fue apoyada por becas de la Universidad de Cornell, el Consejo Europeo de Investigación y el Deutsche Forschungsgemeinschaft.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por Tom Fleischman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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