Los cuasicristales, estructuras cristalinas ordenadas pero no repetitivas, han intrigado a la comunidad científica durante años debido a sus patrones únicos, semejantes a los de los mosaicos. Su descubrimiento fue tan significativo que fue galardonado con el Premio Nobel. Ahora, un equipo internacional de investigadores ha revelado una innovadora metodología para diseñar cuasicristales coloidales utilizando secuencias de ADN, un logro publicado recientemente en la revista Nature Materials.
Un grupo de científicos del Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales CIC biomaGUNE (País Vasco), del Instituto Internacional de Nanotecnología de la Universidad Northwestern y de la Universidad de Michigan, han desvelado cómo aprovechar la naturaleza programable del ADN para diseñar y ensamblar estos cuasicristales de manera deliberada. El profesor Ikerbasque de CIC biomaGUNE, Luis Liz Marzán, destacó la complejidad del proceso: “Es muy difícil preparar partículas con esta geometría en tamaños de unos 100 nm y con una uniformidad de tamaños suficientemente buena como para que sea posible generar estas estructuras cuasicristalinas”.
Chad Mirkin, coautor del estudio y miembro de la Universidad Northwestern, explicó que aunque anteriormente se habían conocido ejemplos de cuasicristales descubiertos de manera natural o por coincidencia, esta investigación desmitifica su formación: “Nuestra investigación muestra cómo podemos aprovechar la naturaleza programable del ADN para diseñar y ensamblar cuasicristales deliberadamente”.
El punto de partida para esta investigación fue una propuesta del grupo de Bionanoplasmónica del centro vasco, que había desarrollado métodos para sintetizar nanopartículas con geometría decaédrica—con diez lados— y calidad suficiente para este estudio. Liz Marzán señala que la geometría decaédrica es crucial debido a su simetría pentagonal, fundamental en la estructura de los cuasicristales.
El equipo liderado por la profesora Sharon Glotzer de la Universidad de Michigan ya había predicho en 2009 el primer cuasicristal de nanopartículas en capas. En su simulación original, la disposición de los decaedros dejaba espacios muy pequeños entre sí, que en este caso serían rellenados por ADN. Estas nanopartículas decaédricas organizadas mediante ADN forman cuasicristales con motivos pentagonales y hexagonales, culminando en la creación de un cuasicristal dodecagonal robusto.
Los investigadores funcionalizaron nanopartículas de oro decaédricas con ADN corto de doble cadena y aplicaron un proceso de enfriamiento controlado para facilitar su ensamblaje. El resultado fueron superredes cuasicristalinas con un orden cuasiperiódico de rango medio, confirmando la simetría de doce pliegos y un patrón de mosaico triangular-cuadrado. Este estudio representa un hito significativo en nanociencia, abriendo nuevas oportunidades para el diseño de materiales avanzados y aplicaciones nanotecnológicas.
Liz Marzán afirma que este logro no solo ilumina el diseño y la creación de intrincadas estructuras a nanoescala, sino que también abre un mundo de posibilidades para materiales y aplicaciones innovadoras. Según los investigadores, este avance ofrece un modelo para la síntesis controlada de otras estructuras complejas que antes se consideraban inalcanzables. A medida que la comunidad científica explora las ilimitadas posibilidades de la materia programable, esta investigación marca el camino para avances transformadores en diversos campos científicos.
