Los investigadores han identificado las débiles fuerzas moleculares que mantienen unida una pequeña caja de autoensamblaje con posibilidades poderosas. El estudio demuestra una aplicación práctica de una fuerza común en los sistemas biológicos y avanza en la búsqueda de vida química artificial.
"Quiero comprender los sistemas de autoensamblaje, que son esenciales para la vida. Construir cubos artificiales de autoensamblaje nos ayuda a entender cómo funcionan los sistemas biológicos", dijo el profesor Shuichi Hiraoka, líder del laboratorio de la Universidad de Tokio, Escuela de Graduados deArtes y ciencias donde las cajas fueron diseñadas, construidas y analizadas.
La formación de ADN y proteínas son ejemplos biológicos de autoensamblaje, pero las fuerzas o procesos que controlan cómo se unen estas moléculas naturales también permanecen indefinidas. Las investigaciones del equipo de Hiraoka contribuyen a la comprensión química de cómo las moléculas naturales podrían autoensamblarse y revelartécnicas para imitar esos procesos en el futuro.
Hiraoka y su equipo identificaron las fuerzas que unían los lados de sus cajas pequeñas como fuerzas de van der Waals, principalmente fuerzas de dispersión. Estas fuerzas son atracciones débiles entre las moléculas creadas cuando los electrones se agrupan temporalmente en un lado de un átomo. Los gecos pueden caminararriba paredes en parte debido a las fuerzas de van der Waals.
Cada lado del cubo está formado por una molécula que tiene 2 nanómetros de diámetro y tiene forma de copo de nieve de seis puntas. Cada lado tiene aproximadamente una cuatro milésima parte del tamaño de una célula sanguínea humana. Las fuerzas débiles que sostienen los ladosdel cubo juntos hacen que la caja sea ligeramente flexible, por lo que se ajusta para acomodar mejor a las moléculas huéspedes en función de su tamaño, forma y carga atómica. La caja puede abultarse para contener contenidos grandes o largos y contraerse para eliminar espacio adicional cuando se alojan moléculas invitadas concarga s negativa
"Todavía no tenemos los datos, pero la conclusión lógica es que las moléculas huésped largas en forma de cadena se pliegan de alguna manera para entrar en la caja", dijo Hiraoka.
Los investigadores construyen la pequeña caja con moléculas de hexafenilbenceno. Las moléculas individuales existen como un polvo blanco seco. Cuando se mezclan con agua, las moléculas se autoensamblan espontáneamente en cubos.
"En solución, las seis moléculas se unen tan rápido que no podemos observar cómo se forman los cubos. El proceso exacto de autoensamblaje sigue siendo un misterio", dijo Hiraoka.
Un cubo que puede autoensamblarse en el agua tiene el potencial para futuras aplicaciones biológicas. El cubo de hexafenilbenceno también se mantiene unido incluso por encima de la temperatura de ebullición del agua, permaneciendo estable hasta 130 grados Celsius 266 grados Fahrenheit.
Los seis puntos de las moléculas de hexafenilbenceno en forma de copo de nieve se unen cuando se ensamblan en un cubo. Los investigadores describen el diseño de esta caja molecular como la técnica de unión de madera japonesa llamada hozo , donde las piezas de madera se mantienen juntas sin adhesivos ni bisagras, utilizando solo diseños intrincados entrelazados.
Sobre la investigación
Además de las fuerzas de van der Waals, otras fuerzas también contribuyen a mantener la caja unida, específicamente el efecto hidrofóbico exclusión de las moléculas de agua y las interacciones catión-? Una atracción entre los enlaces moleculares y los iones con carga positiva.
El equipo de Hiraoka utiliza técnicas de química física, incluida la espectroscopía de resonancia magnética nuclear para caracterizar la caja. Debido a que la caja solo se forma cuando se mezcla con agua, los investigadores no pueden usar técnicas de imagen que requieran muestras sólidas. El movimiento de la caja se autoensambla y se abultao los contratos para alojar nuevas moléculas no son visibles con técnicas que requieren muestras estacionarias.
El grupo de investigación de Hiraoka construyó por primera vez un cubo similar en 2008 y desde entonces ha trabajado para mejorar la solubilidad en agua y la estabilidad térmica.
El estudio se publica en Comunicaciones de la naturaleza . Colaboradores en Japón en la Universidad Ritsumeikan y el Instituto de Tecnología de Tokio también contribuyeron a la investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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