Los cuasicristales, esas fascinantes estructuras cristalinas ordenadas pero no repetitivas, tienen una disposición similar a los mosaicos y han dejado perpleja a la comunidad científica durante mucho tiempo. Desde que fueron descubiertos, su enigma los hizo merecedores de un Premio Nobel. Ahora, un equipo internacional de investigadores ha dado un paso importante en este campo, revelando una novedosa metodología para diseñar cuasicristales coloidales utilizando ADN. Este avance, publicado en la prestigiosa revista Nature Materials, abre nuevas posibilidades en el ámbito de la nanotecnología.
Expertos 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 (ambas en EE.UU.) han demostrado que es posible usar la naturaleza programable del ADN para diseñar y ensamblar cuasicristales de manera deliberada. “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”, explica el profesor Ikerbasque de CIC biomaGUNE, Luis Liz Marzán.
“Este trabajo no solo desmitifica la formación de cuasicristales, sino que también muestra cómo podemos aprovechar la naturaleza programable del ADN para diseñar y ensamblar estas estructuras deliberadamente”, señala Chad Mirkin, coautor del estudio y miembro de la Universidad Northwestern.
La investigación tuvo su punto de partida en una propuesta del grupo de Bionanoplasmónica del centro vasco, conocido por desarrollar métodos avanzados de síntesis y modificación de superficies de nanopartículas: “Descubrimos cómo sintetizar nanopartículas con geometría decaédrica —partículas con diez lados— y con la calidad suficiente para abordar este estudio”, explica Liz Marzán. La esencia del éxito radica en la geometría decaédrica, esencial por su simetría pentagonal, un elemento crucial en los cuasicristales.
El estudio se focalizó en el ensamblaje de estas nanopartículas decaédricas utilizando el ADN como guía estructural en un medio coloidal, es decir, en un fluido donde las partículas están suspendidas. «La combinación de simulaciones por ordenador y experimentos nos permitió observar algo extraordinario: las nanopartículas decaédricas pueden organizarse en estructuras cuasicristalinas con motivos pentagonales y hexagonales», afirma Liz Marzán. Esto condujo finalmente a la creación de un cuasicristal dodecagonal.
Los investigadores funcionalizaron nanopartículas de oro decaédricas con ADN corto de doble cadena y emplearon un proceso de enfriamiento controlado con precisión para facilitar su ensamblaje. «Las propiedades programables del ADN permiten dirigir el ordenamiento de las nanopartículas, incluso de forma reversible», apunta Liz Marzán. Este enfoque innovador ha permitido la formación de superredes cuasicristalinas con un orden cuasiperiódico de rango medio, presentado una simetría de doce pliegues y un patrón de mosaico triangular-cuadrado, características distintivas de un cuasicristal dodecagonal.
«Aprovechamos las capacidades programables del ADN para dirigir el ensamblaje de estas nanopartículas en una robusta estructura cuasicristalina», explica Mirkin. Este hito no solo ilumina el diseño y la creación de intrincadas estructuras a nanoescala, sino que también desvela un abanico de posibilidades para materiales avanzados y aplicaciones nanotecnológicas innovadoras.
Las expectativas generadas por este avance son vastas, ya que ofrecen un modelo posible para la síntesis controlada de otras estructuras complejas previamente inalcanzables. A medida que la comunidad científica se adentra en las ilimitadas perspectivas de la materia programable, esta investigación allana el camino para desarrollos y aplicaciones transformadoras en diversos campos científicos.
