Una propiedad biológica poco conocida que parece permitir que los componentes celulares almacenen energía en sus bordes exteriores es la posible clave para desarrollar una nueva clase de materiales y dispositivos para recolectar, almacenar y administrar energía para una variedad de aplicaciones, un equipo deinvestigadores del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey NJIT y la Universidad Yeshiva han propuesto.
En un artículo publicado la semana pasada en Comunicaciones de la naturaleza , "Modos de borde dinámicos de Majorana en una amplia clase de sistemas mecánicos topológicos", los investigadores informan el descubrimiento de una gran clase de materiales con tales capacidades.
"Sorprendentemente, creemos que estas propiedades pueden estar presentes en muchos materiales compuestos de dímeros, una estructura química en la que dos masas similares están unidas entre sí a través de un enlace rígido, casi indestructible. Los dímeros forman los componentes básicos de muchos componentes celularesy parece que almacenar energía de esta manera es una estrategia que una variedad de células utilizan diariamente en muchos organismos vivos ", señala Camelia Prodan, profesora asociada de física en NJIT y autora del artículo.
"Esta investigación podría usarse para explicar el comportamiento celular que aún no se comprende completamente", agrega.
El documento proviene de la investigación financiada por una subvención de $ 1 millón de la Fundación WM Keck otorgada el año pasado a Prodan y su colaborador, Emil Prodan, profesor de física en la Universidad Yeshiva, para investigar el papel de los bordes de fonones topológicos en el funcionamiento de los microtúbulos- El material esquelético en las células eucariotas. Los bordes del fonón son cuantos de sonido o energía vibratoria confinada al borde o superficie de un material.
Los Prodanos están particularmente interesados en cómo los microtúbulos almacenan energía en su borde que no se propaga en sus cuerpos en forma de cilindro. Los modos de borde Majorana son el equivalente de un tipo de partícula subatómica - fermiones Majorana - que aparecen en algunos tipos desuperconductores. Son las vibraciones energéticas que aparecen en el borde de un material que no puede ser destruido por el medio ambiente o por la ruptura del material.
Están explorando el potencial para diseñar nuevos materiales con propiedades físicas novedosas basadas en modos de borde fonológico topológico.
"En última instancia, nos gustaría crear materiales que imiten esta propiedad, la capacidad de restringir la energía a un borde, para mejorar la resistencia a terremotos en edificios o la protección de chalecos antibalas, por ejemplo", dice. "NosotrosTambién cree que esta propiedad puede ser la clave para una nueva generación de agentes anticancerígenos, debido al papel que los fonones topológicos pueden desempeñar en la división celular. Los microtúbulos deben desmoronarse antes de que una célula se pueda dividir.los cánceres recurrentes encuentran la forma de debilitar estas defensas "
Trabajando con expertos en nanotecnología en NJIT, Reginald Farrow, profesor de investigación de física y Alokik Kanwal, profesor asistente de investigación, esperan proporcionar la primera verificación experimental del papel clave que desempeñan estos fonones topológicos en muchos procesos celulares fundamentales, incluidas las célulasdivisión y movimiento.
Además, con base en los resultados de su estudio de microtúbulos y modos de borde de fonón topológicos, el equipo de investigación buscará predecir y fabricar una nueva clase de materiales llamados cristales fonónicos topológicos, con aplicaciones que van desde células solares de eficiencia energética hastainsonorización y amplificación, al aislamiento.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Nueva Jersey . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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