No es un electrón. Pero sí actúa como tal.
Los investigadores de la Universidad Northwestern han hecho un descubrimiento extraño y sorprendente de que las nanopartículas manipuladas con ADN en cristales coloidales, cuando son extremadamente pequeñas, se comportan como electrones. Este hallazgo no solo ha alterado la noción de materia actual y aceptada, sino que también abrepuerta para nuevas posibilidades en diseño de materiales.
"Nunca antes habíamos visto algo así", dijo Mónica Olvera de la Cruz de Northwestern, quien realizó la observación inicial a través del trabajo computacional. "En nuestras simulaciones, las partículas se ven como electrones en órbita".
Con este descubrimiento, los investigadores introdujeron un nuevo término llamado "metalicidad", que se refiere a la movilidad de los electrones en un metal. En los cristales coloidales, pequeñas nanopartículas deambulan de manera similar a los electrones y actúan como un pegamento que mantiene unido el material.
"Esto hará que las personas piensen en la materia de una manera nueva", dijo Chad Mirkin de Northwestern, quien dirigió el trabajo experimental. "Va a conducir a todo tipo de materiales que tienen propiedades potencialmente espectaculares que nunca se han observadoantes. Propiedades que podrían conducir a una variedad de nuevas tecnologías en los campos de la óptica, la electrónica e incluso la catálisis ".
El periódico se publicará el viernes 21 de junio en la revista ciencia .
Olvera de la Cruz es la abogada Taylor Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. Mirkin es la Profesora de Química George B. Rathmann en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern.
El grupo de Mirkin inventó previamente la química para diseñar cristales coloidales con ADN, lo que ha forjado nuevas posibilidades para el diseño de materiales. En estas estructuras, las hebras de ADN actúan como una especie de pegamento inteligente para unir nanopartículas en un patrón reticular.
"En las últimas dos décadas, hemos descubierto cómo hacer todo tipo de estructuras cristalinas donde el ADN efectivamente toma las partículas y las coloca exactamente donde se supone que deben ir en una red", dijo Mirkin, director fundador delInstituto Internacional de Nanotecnología.
En estos estudios previos, los diámetros de las partículas están en una escala de decenas de nanómetros. Las partículas en estas estructuras son estáticas, fijadas por ADN. Sin embargo, en el estudio actual, Mirkin y Olvera de la Cruz redujeron las partículas.a 1.4 nanómetros de diámetro en simulaciones computacionales. Aquí es donde sucedió la magia.
"Las partículas más grandes tienen cientos de hebras de ADN que las unen", dijo Olvera de la Cruz. "Las pequeñas solo tienen de cuatro a ocho enlaces. Cuando esos enlaces se rompen, las partículas ruedan y migran a través del enrejado que mantiene unido el cristalde partículas más grandes "
Cuando el equipo de Mirkin realizó los experimentos para obtener imágenes de las partículas pequeñas, descubrieron que las observaciones computacionales del equipo de Olvera de la Cruz demostraron ser ciertas. Debido a que este comportamiento recuerda el comportamiento de los electrones en los metales, los investigadores lo llaman "metalicidad".
"Un mar de electrones migra a través de los metales, actuando como un pegamento, manteniendo todo junto", explicó Mirkin. "Eso es en lo que se convierten estas nanopartículas. Las pequeñas partículas se convierten en el pegamento móvil que mantiene todo unido".
El siguiente plan de Olvera de la Cruz y Mirkin es explorar cómo explotar estas partículas similares a electrones para diseñar nuevos materiales con propiedades útiles. Aunque su investigación utilizó nanopartículas de oro, Olvera de la Cruz dijo que la "metalicidad" se aplica a otras clases departículas en cristales coloidales.
"En ciencia, es realmente raro descubrir una nueva propiedad, pero eso es lo que sucedió aquí", dijo Mirkin. "Desafía todo el modo en que pensamos sobre la construcción de la materia. Es un trabajo fundamental que tendrá un impacto duradero"."
La investigación, "Análogos de partículas de electrones en cristales coloidales", fue apoyada por el Centro de Ciencia Bioinspirada, un Centro de Investigación de la Frontera de la Energía financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos número de premio DE-SC0000989; la Oficina de la Fuerza Aéreade Investigación Científica número de premio FA9550-17-1-0348; la Oficina de Investigación Naval número de premio 00014-15-1-0043 y la Fundación Sherman Fairchild. Martin Girard, un doctorado graduado del laboratorio de Olvera de la Cruz yEl actual erudito postdoctoral en el Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros en Alemania, es el primer autor del artículo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Original escrito por Amanda Morris. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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