Los químicos de la Universidad Carnegie Mellon han demostrado que las nanopartículas sintéticas pueden alcanzar el mismo nivel de complejidad estructural, jerarquía y precisión que sus contrapartes naturales: las biomoléculas. El estudio, publicado en ciencia también revela los mecanismos de nivel atómico detrás del autoensamblaje de nanopartículas.
Los hallazgos del laboratorio de química Profesor Rongchao Jin proporcionan a los investigadores una ventana importante sobre cómo se forman las nanopartículas, y ayudará a guiar la construcción de nanopartículas, incluidas las que se pueden usar en la fabricación de chips de computadora, creación de nuevos materiales,y desarrollo de nuevos medicamentos y dispositivos de suministro de medicamentos.
"La mayoría de la gente piensa que las nanopartículas son cosas simples, porque son muy pequeñas. Pero cuando miramos las nanopartículas a nivel atómico, descubrimos que están llenas de maravillas", dijo Jin.
Las nanopartículas son típicamente de 1 a 100 nanómetros de tamaño. Las partículas en el extremo más grande de la nanoescala son más difíciles de crear con precisión. Jin ha estado a la vanguardia de la creación de nanopartículas de oro precisas durante una década, estableciendo primero la estructura de una ultra-nanocluster Au25 pequeño y luego trabajando en otros cada vez más grandes. En 2015, su laboratorio utilizó la cristalografía de rayos X para establecer la estructura de una nanopartícula Au133 y descubrió que contenía patrones complejos y autoorganizados que reflejaban patrones encontrados en la naturaleza.
En el estudio actual, buscaron descubrir los mecanismos que causaron la formación de estos patrones. Los investigadores, dirigidos por el estudiante graduado Chenjie Zeng, establecieron la estructura de Au246, una de las nanopartículas más grandes y complejas creadas por científicos para-fecha y la nanopartícula de oro más grande que tiene su estructura determinada por cristalografía de rayos X. Au246 resultó ser un candidato ideal para descifrar las complejas reglas del autoensamblaje porque contiene un número ideal de átomos y ligandos de superficie y es casi igualtamaño y peso como molécula de proteína.
El análisis de la estructura de Au246 reveló que las partículas tenían mucho más en común con las biomoléculas que el tamaño. Descubrieron que los ligandos en las nanopartículas se autoensamblaron en patrones rotativos y paralelos que son sorprendentemente similares a los patrones encontrados en la estructura secundaria de las proteínas.Esto podría indicar que las nanopartículas de este tamaño podrían interactuar fácilmente con los sistemas biológicos, proporcionando nuevas vías para el descubrimiento de fármacos.
Los investigadores también encontraron que las partículas de Au246 se forman siguiendo dos reglas. Primero, maximizan las interacciones entre los átomos, un mecanismo que había sido teorizado pero aún no visto. Segundo, las nanopartículas coinciden con patrones de superficie simétricos, un mecanismo que no se había consideradopreviamente. La coincidencia, que es similar a las piezas del rompecabezas que se unen, muestra que los componentes de la partícula pueden reconocerse entre sí por sus patrones y ensamblarse espontáneamente en la estructura altamente ordenada de una nanopartícula.
"El autoensamblaje es una forma importante de construcción en el nanomundo. Comprender las reglas del autoensamblaje es fundamental para diseñar y construir nanopartículas complejas con una amplia gama de funcionalidades", dijo Zeng, autor principal del estudio.
En futuros estudios, Jin espera llevar los límites de cristalización de las nanopartículas aún más lejos a partículas cada vez más grandes. También planea explorar el poder electrónico y catalítico de las partículas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Carnegie Mellon . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :