Los nanocubos se enrollan

El Dr. Rafal Klajn y el becario postdoctoral, el Dr. Gurvinder Singh, del Departamento de Química Orgánica del Instituto, utilizaron nanocubos de un material de óxido de hierro llamado magnetita. Como su nombre lo indica, este material es naturalmente magnético: se encuentra en todo lugar, incluyendo el interior de bacterias, que lo utilizan para detectar el campo magnético de la Tierra.

El magnetismo es sólo una de las fuerzas que actúan sobre las nanopartículas. Junto con el grupo de investigación del Prof. Petr Král, de la Universidad de Illinois, Chicago, Klajn y Singh desarrollaron modelos teóricos para entender cómo las diferentes fuerzas podrían empujar y tirar los diminutos trozos de magnetita en diferentes formaciones. "Los diversos tipos de fuerzas obligan a las nanopartículas a alinearse de diferentes maneras", dice Klajn. "Éstas pueden competir entre sí, así que la idea es encontrar el equilibrio de las fuerzas en competencia que pueda inducir el auto-ensamblaje de las partículas creando materiales novedosos". Los modelos sugieren que la forma de las nanopartículas es importante. Sólo en el caso de los cubos las fuerzas se equilibran para crear formaciones helicoidales.

Los investigadores encontraron que las dos fuerzas principales que compiten entre sí son el magnetismo y la fuerza de Van der Waals. El magnetismo hace que las partículas magnéticas se atraigan y se repelan entre sí, lo que causa que las partículas cúbicas alineen sus esquinas. Las fuerzas de Van der Waals, por otro lado, acercan los lados de los cubos, forzándolos a alinearse en una fila. Cuando estas fuerzas actúan en forma conjunta sobre los pequeños cubos, el resultado es una alineación en forma de escalones que produce estructuras helicoidales.

En sus experimentos, los científicos expusieron a un campo magnético concentraciones relativamente altas de nanocubos de magnetita colocados en una solución. Las largas cadenas helicoidales que obtuvieron una vez evaporada la solución eran sorprendentemente uniformes. Ellos repitieron el experimento con nanopartículas de otras formas, pero como se había predicho, sólo los cubos tenían la forma física correcta para alinearse en una hélice. Klajn y Singh también descubrieron que podían obtener hebras quirales – todas enrolladas en la misma dirección – al utilizar altas concentraciones de partículas, cuyos filamentos se ensamblaban estrechamente. Al parecer, las fuerzas que compiten pueden "tener en consideración" la forma más eficiente para empacar las hebras en el espacio.

Aunque las hebras de nanocubos parecían ser bastante buenas para tejer, Klajn dice que es demasiado pronto para empezar a pensar en aplicaciones comerciales. El valor inmediato de este trabajo, él dice, es que ha demostrado un principio fundamental del auto-ensamblaje a nanoescala. "A pesar de que la magnetita ha sido estudiada ampliamente – también en su forma de nanopartícula – por muchas décadas, nadie había observado estas estructuras anteriormente", dice Klajn. "Sólo una vez que entendamos cómo las diversas fuerzas físicas actúan sobre las nanopartículas podremos empezar a aplicar los conocimientos a objetivos tales como la fabricación de materiales auto-ensamblados previamente desconocidos."