Nuevos conocimientos sobre la dinámica de los materiales autoensamblables
La naturaleza utiliza el autoensamblaje para construir materiales moleculares, como filamentos de proteínas celulares o microtúbulos que se adaptan y responden dinámicamente a estímulos específicos como cambios de temperatura y señales químicas. La construcción de materiales sintéticos autoensamblables con propiedades similares podría ser muy prometedora para diversas aplicaciones tecnológicas.
Autoensamblaje molecular y estructuras supramoleculares
El proyecto DYNAPOL, financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), se propuso investigar los mecanismos moleculares que controlan las propiedades de los materiales dinámicos autoensamblables, un primer paso clave hacia el diseño de nuevos tipos de materiales para diversas aplicaciones. El autoensamblaje consiste en diseñar unidades más pequeñas que, en determinadas condiciones, se reconocen entre sí, se conectan y crecen. Una característica intrigante que surge cuando se producen estos procesos de autoensamblaje en determinados entornos y condiciones es que los materiales obtenidos existen en un estado intrínsecamente dinámico. «Es un poco como jugar con Lego... pero hay que imaginarse bloques de Lego capaces de autoorganizarse y reconfigurarse de forma autónoma», explica el coordinador del proyecto DYNAPOL, Giovanni Pavan, de la Universidad Politécnica de Turín(se abrirá en una nueva ventana) (Italia). «Los materiales fabricados de este modo pueden poseer propiedades intrigantes, como comportamientos receptivos, adaptabilidad y reciclabilidad (al igual que con Lego, puedes descomponer las estructuras autoensambladas en sus partes constituyentes)».
Centrarse en la dinámica
En el proyecto DYNAPOL, Pavan quería centrarse en la importancia de la dinámica en las estructuras autoensambladas. «En este campo, se sabe que la dinámica es fundamental para las propiedades de los materiales supramoleculares», añade. «Sin embargo, sentí que aún faltaba una comprensión real de los factores que controlan esa dinámica». La idea del proyecto, por tanto, era simular no solo estructuras o procesos de autoensamblaje, sino más bien las transiciones dinámicas y la comunicación que se produce entre los materiales autoensamblados a nivel molecular. Uno de los principales retos era mantener la resolución necesaria para ver lo que ocurre a nivel molecular e incluso submolecular mientras se estudia la dinámica supramolecular de estos sistemas. En DYNAPOL se aplicaron una serie de herramientas, como la modelización multiescala, las simulaciones avanzadas, el aprendizaje automático y el desarrollo de «software», para estudiar diversos sistemas de autoensamblaje. También se desarrollaron nuevos métodos y herramientas para detectar fluctuaciones en cualquier tipo de materiales dinámicamente autoensamblables y utilizar los datos para conocer los factores moleculares que controlan sus propiedades dinámicas bioinspiradas.
Nuevos materiales para diversas aplicaciones
Uno de los principales resultados de DYNAPOL fue demostrar que los sistemas dinámicos autoensamblados se comportan como sistemas complejos. «Eso significa que en ellas surgen propiedades que no pueden atribuirse fácilmente a las propiedades de las unidades fundamentales, sino más bien a las comunicaciones moleculares y al desorden que fluctúan dinámicamente en ellas», explica Pavan. El proyecto ha tenido una enorme influencia en el campo de la ciencia de los materiales, con más de sesenta artículos científicos publicados en importantes revistas. Los resultados también tienen potencial para aplicaciones en la vida real. Los campos en los que la dinámica es fundamental, desde las baterías y la imagenología hasta la administración de fármacos y los materiales adaptativos, están estudiando las posibilidades que pueden alcanzarse con nuevos tipos de materiales. Según Pavan: «Imaginemos, por ejemplo, una crema médica, o una emulsión, que nos aplicamos en la piel; compuesta por partículas autoensambladas que contienen fármacos que pueden unirse y escanear superficies de forma autónoma, buscando la sobreexpresión de receptores específicos (o dianas) y liberando fármacos solo donde y cuando son necesarios». «Eso es lo que nuestro sistema inmunitario hace de forma natural. Podemos inspirarnos en la naturaleza y aprender a utilizar el autoensamblaje para construir algo inteligente basado en nuevos tipos de materiales dinámicos».
