En lo que respecta a los diversos nanodesarrollos que están desarrollando los científicos, los nanotubos son especialmente intrigantes. Eso se debe a que los tubos huecos que tienen diámetros de solo unas mil millonésimas de metro tienen el potencial de ser increíblemente útiles, desde administrar medicamentos contra el cáncer dentro de las célulasdesalación de agua de mar.
Pero construir nanoestructuras es difícil. Y crear una gran cantidad de nanoestructuras con el mismo rasgo, como millones de nanotubos con diámetros idénticos, es aún más difícil. Este tipo de fabricación de precisión es necesaria para crear las nanotecnologías del mañana.
La ayuda podría estar en camino. Como se informó en línea la semana del 28 de marzo en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias , investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. Berkeley Lab han descubierto una familia de polímeros inspirados en la naturaleza que, cuando se colocan en agua, se ensamblan espontáneamente en nanotubos cristalinos huecos. Además, los nanotubos se pueden ajustar atodos tienen el mismo diámetro de entre cinco y diez nanómetros, dependiendo de la longitud de la cadena del polímero.
Los polímeros tienen dos bloques químicamente distintos que tienen el mismo tamaño y forma. Los científicos aprendieron que estos bloques actúan como baldosas moleculares que forman anillos, que se apilan para formar nanotubos de hasta 100 nanómetros de largo, todos con el mismo diámetro.
"Esto apunta a una nueva forma en que podemos usar polímeros sintéticos para crear nanoestructuras complejas de una manera muy precisa", dice Ron Zuckermann, quien dirige la Instalación de Nanoestructuras Biológicas en la Fundición Molecular de Berkeley Lab, donde se realizó gran parte de esta investigación.
Varios otros científicos de Berkeley Lab contribuyeron a esta investigación, incluidos Nitash Balsara de la División de Ciencias de los Materiales y Ken Downing de la División de Biofísica Molecular y Bioimagen Integrada.
"Crear estructuras uniformes con alto rendimiento es un objetivo de la nanotecnología", agrega Zuckermann. "Por ejemplo, si puede controlar el diámetro de los nanotubos y los grupos químicos expuestos en su interior, entonces puede controlar lo que atraviesa ...lo que podría conducir a nuevas tecnologías de filtración y desalinización, por nombrar algunos ejemplos ".
La investigación es la más reciente en el esfuerzo por construir nanoestructuras que se acerquen a la complejidad y función de las proteínas de la naturaleza, pero que estén hechas de materiales duraderos. En este trabajo, los científicos del Berkeley Lab estudiaron un polímero que es miembro de la familia de los peptoides.Los peptoides son polímeros sintéticos resistentes que imitan los péptidos, que la naturaleza utiliza para formar proteínas. Pueden ajustarse a escala atómica para llevar a cabo funciones específicas.
Durante los últimos años, los científicos han estudiado un tipo particular de peptoide, llamado copolipeptoide dibloque, porque se une a los iones de litio y podría usarse como electrolito de batería. En el camino, encontraron por casualidad que los compuestos forman nanotubos enTodavía no se ha determinado cómo se forman exactamente estos nanotubos, pero esta última investigación arroja luz sobre su estructura y sugiere un nuevo principio de diseño que podría usarse para construir nanotubos y otras nanoestructuras complejas.
Los copolipeptoides dibloque se componen de dos bloques peptoides, uno hidrofóbico y otro hidrofílico. Los científicos descubrieron que ambos bloques cristalizan cuando se encuentran en el agua y forman anillos que constan de dos o tres peptoides individuales. Los anillos luego forman nanotubos huecos.
Las imágenes de microscopía crioelectrónica de 50 de los nanotubos mostraron que el diámetro de cada tubo es muy uniforme a lo largo de su longitud, así como de un tubo a otro. Este análisis también reveló un patrón de rayas en todo el ancho de los nanotubos, lo que indica lalos anillos se apilan para formar tubos y descarta otros arreglos de empaque.Además, se cree que los peptoides se organizan en un patrón similar a un ladrillo, con bloques hidrofóbicos alineados con otros bloques hidrofóbicos, y lo mismo para los bloques hidrofílicos.
"Las imágenes de los tubos capturadas por microscopía electrónica fueron esenciales para establecer la presencia de esta estructura inusual", dice Balsara. "La formación de estructuras tubulares con un núcleo hidrófobo es común para los polímeros sintéticos dispersos en agua, por lo que nos sorprendió bastantepara ver la formación de tubos huecos sin un núcleo hidrofóbico ".
Los análisis de dispersión de rayos X realizados en la línea de luz 7.3.3 de la fuente de luz avanzada revelaron aún más sobre la estructura de los nanotubos. Por ejemplo, mostró que uno de los bloques peptoides, que generalmente es amorfo, es en realidad cristalino.
Sorprendentemente, los nanotubos se ensamblan sin las ayudas habituales de nanoconstrucción, como interacciones electrostáticas o redes de enlaces de hidrógeno.
"No esperarías que se pudiera crear algo tan complejo como esto sin estas muletas", dice Zuckermann. "Pero resulta que las interacciones químicas que mantienen unidos a los nanotubos son muy simples. Lo que es especial aquí es que los dos bloques peptoidesson químicamente distintos, pero casi exactamente del mismo tamaño, lo que permite que las cadenas se empaqueten juntas de una manera muy regular. Estos conocimientos podrían ayudarnos a diseñar nanotubos útiles y otras estructuras que sean resistentes y sintonizables, y que tengan estructuras uniformes ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Original escrito por Dan Krotz. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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