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Potencial electrostático para atrapar objetos de tamaño nanométrico

Un equipo de científicos financiado con fondos de la Unión Europea está realizando investigaciones innovadoras sobre la autoorganización de objetos de tamaño nanométrico. Las explicaciones resultantes de mecanismos para limitar y controlar moléculas biológicas también están obteniendo reconocimiento internacional.
Potencial electrostático para atrapar objetos de tamaño nanométrico
El control de la autoorganización de nanoestructuras como nanopartículas (NP) o nanovarillas (dimensiones en la escala atómica o molecular) abre la puerta a la fabricación de materiales con propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas únicas. Dirigir la autoorganización atrapando objetos de tamaño nanométrico se ha convertido en un área activa de investigación en campos como la óptica cuántica, la biofísica y la medicina clínica, pese a lo cual sigue constituyendo un desafío para la técnica.

Los científicos descubrieron por casualidad efectos inesperados inducidos por la geometría en el confinamiento de coloides y macromoléculas cargados mediante interacciones atractivas (electrostáticas) con paredes de confinamiento de igual carga en soluciones iónicas débiles. Iniciaron el proyecto «Self-assembly of confined colloidal objects for the study of nano-optic phenomena» (PHOTONANOFLUIDIX), financiado por la UE, para dilucidar la naturaleza de estos efectos.

En particular, los científicos están investigando el origen de esta inesperada fuerza de atracción entre entidades de igual carga y su dependencia de la intensidad de la solución iónica, el tamaño de las partículas y las dimensiones de confinamiento. Este conocimiento les permitirá optimizar la autoorganización de nanoobjetos metálicos o dieléctricos cargados en redes cristalinas para estudiar fenómenos de dispersión de la luz (efectos plasmónicos y fotónicos).

Se han realizado avances emocionantes durante el primer periodo documentado. Los científicos aplicaron cálculos numéricos del potencial electrostático para explicar la captura observada experimentalmente de nanoobjetos individuales. También se realizaron experimentos con NP de oro atrapadas en soluciones de diferentes intensidades iónicas y diferentes geometrías de los canales, demostrándose una excelente concordancia entre la teoría y los resultados experimentales.

Yendo mucho más allá del trabajo propuesto en un principio, los científicos también demostraron la captura de vesículas lipídicas individuales. Los científicos mostraron que el potencial electrostático del limo iónico modulado espacialmente a medida puede atrapar y hacer levitar objetos cargados en solución. Esto permite la autoorganización dirigida sin contacto de proteínas individuales y macromoléculas en grupos de alta densidad. Este innovador trabajo dio lugar a una publicación en la prestigiosa revista científica arbitrada Nature (Nature 467, 692-695, 6 de octubre de 2010).

La mejor comprensión teórica de los mecanismos de captura fundamentales para un solo nanoobjeto ha abierto la puerta a varias líneas de investigación imprevistas. La captura de objetos biológicos blandos promete nuevas y emocionantes aplicaciones en biología y biofísica, además de las aplicaciones ópticas buscadas originalmente, o tal vez incluso en combinación con ellas.

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