El chocolate sedoso, una mejor droga médica o los paneles solares requieren lo mismo: los cristales correctos que componen el material. Ahora, los científicos que intentan comprender los caminos que toman los cristales a medida que se forman han podido influir en ese camino modificandoel ingrediente inicial
La información obtenida de los resultados, informó el 17 de abril en Materiales de la naturaleza , eventualmente podría ayudar a los científicos a controlar mejor el diseño de una variedad de productos para energía o tecnologías médicas.
"Los hallazgos abordan un debate en curso sobre las vías de cristalización", dijo el científico de materiales Jim De Yoreo en el Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste del Departamento de Energía y la Universidad de Washington. "Implican que puede controlar las diversas etapas del ensamblaje de materiales eligiendo cuidadosamentela estructura de tus moléculas iniciales "
de disquete a rígido
Uno de los cristales más simples, los diamantes están compuestos de un átomo: carbono. Pero en el mundo vivo, los cristales, como los formados por la manteca de cacao en el chocolate o los mal formados que causan la anemia falciforme, están hechos de moléculas.que son largos y flexibles y contienen una secuencia larga y bien definida de muchos átomos. Se pueden cristalizar de varias maneras, pero solo una es la mejor. En productos farmacéuticos, la diferencia puede significar un medicamento que funciona versus uno que no funcionat.
Los químicos aún no tienen suficiente control sobre la cristalización para garantizar la mejor forma, en parte porque los químicos no están seguros de cómo ocurren los primeros pasos en la cristalización. Un debate particular se ha centrado en si las moléculas complejas pueden ensamblarse directamente, con una molécula uniéndosea otro, como agregar una carta de juego a la vez a un mazo. A esto lo llaman un proceso de un solo paso, las reglas matemáticas que los científicos han entendido por mucho tiempo.
El otro lado del debate argumenta que los cristales requieren dos pasos para formarse. Los experimentos sugieren que las moléculas iniciales primero forman un grupo desordenado y luego, desde dentro de ese grupo, comienzan a reorganizarse en un cristal, como si las cartas tuvieran que mezclarseprimero en una pila antes de que pudieran formar una cubierta. De Yoreo y sus colegas querían determinar si la cristalización siempre requería el paso desordenado, y si no, por qué no.
Agrupar, romper y ...
Para hacerlo, los científicos formaron cristales a partir de una versión algo simplificada de las moléculas definidas en secuencia que se encuentran en la naturaleza, una versión que llaman peptoide. El peptoide no era complicado, solo una cadena de dos subunidades químicas repetidas piense "ABABAB " - pero complejo porque tenía una docena de subunidades de largo. Basado en su naturaleza química simétrica, el equipo esperaba que múltiples moléculas se unieran en una estructura más grande, como si fueran bloques de Lego que se unieran.
En una segunda serie de experimentos, querían probar cómo se ensamblaba una molécula un poco más complicada. Entonces, el equipo agregó una molécula en la secuencia inicial ABABAB ... que sobresalía como una cola. Las colas se atraían entre sí, yel equipo esperaba que su asociación causara que las nuevas moléculas se agruparan, pero no estaban seguros de lo que sucedería después.
Los investigadores pusieron las moléculas de peptoides en soluciones para que cristalizaran. Luego, el equipo utilizó una variedad de técnicas analíticas para ver qué formas formaban los peptoides y qué tan rápido. Resulta que los dos peptoides formaron cristales de maneras muy diferentes.
Una cola de dos pasos
Como los científicos esperaban en su mayoría, el peptoide más simple formó cristales iniciales de unos pocos nanómetros de tamaño que se hicieron más largos y más altos a medida que más de las moléculas peptoides encajaban en su lugar. El peptoide simple siguió todas las reglas de un proceso de cristalización de un solo paso.
Pero empujar la cola en la mezcla interrumpió la calma, causando un complejo conjunto de eventos antes de que aparecieran los cristales. En general, el equipo demostró que este peptoide más complicado primero se agrupaba en pequeños grupos invisibles con las moléculas más simples.
Algunos de estos grupos se asentaron en la superficie disponible, donde permanecieron sin cambios antes de convertirse repentinamente en cristales y eventualmente crecer en los mismos cristales vistos con el simple peptoide. Este comportamiento era algo nuevo y requería un modelo matemático diferente para describirlo, de acuerdo conpara los investigadores. La comprensión de las nuevas reglas permitirá a los investigadores determinar la mejor manera de cristalizar moléculas.
"No esperábamos que un cambio tan pequeño haga que los peptoides se comporten de esta manera", dijo De Yoreo. "Los resultados nos están haciendo pensar en el sistema de una manera nueva, lo que creemos conducirá a un mayor control predictivo sobre eldiseño y montaje de materiales biomiméticos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :