Los investigadores en nanociencia de la UCLA han determinado que un fluido que se comporta de manera similar al agua en nuestra vida cotidiana se vuelve tan pesado como la miel cuando queda atrapado en una nanojaula de un sólido poroso, ofreciendo nuevas ideas sobre cómo se comporta la materia en el mundo a nanoescala.
"Estamos aprendiendo cada vez más sobre las propiedades de la materia a nanoescala para poder diseñar máquinas con funciones específicas", dijo el autor principal Miguel García-Garibay, decano de la División de Ciencias Físicas de la UCLA y profesor de química y bioquímica.
La investigación se publica en la revista Ciencia Central de ACS .
¿Qué tan pequeña es la nanoescala? Un nanómetro mide menos de 1 / 1,000 del tamaño de un glóbulo rojo y aproximadamente 1 / 20,000 del diámetro de un cabello humano. A pesar de años de investigación por científicos de todo el mundo, el tamaño extraordinariamente pequeñode materia a nanoescala ha dificultado aprender cómo funciona el movimiento a esta escala.
"Esta investigación emocionante, respaldada por la National Science Foundation, representa un avance fundamental en el campo de las máquinas moleculares", dijo Eugene Zubarev, director de programas de la NSF. "Sin duda estimulará más trabajo, tanto en investigación básica comoaplicaciones de la vida real de la electrónica molecular y dispositivos miniaturizados. Miguel García-Garibay es uno de los pioneros en este campo y tiene un historial muy sólido de trabajo de alto impacto y descubrimientos innovadores ".
Los posibles usos de nanomáquinas complejas que podrían ser mucho más pequeñas que una célula incluyen colocar un producto farmacéutico en una nanojaula y liberar la carga dentro de una célula, para matar una célula cancerosa, por ejemplo; transportar moléculas por razones médicas; diseñar computadoras moleculares que potencialmentepodría colocarse dentro de su cuerpo para detectar enfermedades antes de darse cuenta de cualquier síntoma; o tal vez incluso para diseñar nuevas formas de materia.
Para obtener esta nueva comprensión del comportamiento de la materia a nanoescala, el grupo de investigación de García-Garibay diseñó tres nanomateriales rotativos conocidos como MOF, o marcos organometálicos, que llaman UCLA-R1, UCLA-R2 y UCLA-R3 la "r" significa rotor. Los MOF, a veces descritos como esponjas de cristal, tienen poros, aberturas que pueden almacenar gases o, en este caso, líquidos.
Estudiar el movimiento de los rotores permitió a los investigadores aislar el papel que juega la viscosidad de un fluido a nanoescala. Con UCLA-R1 y UCLA-R2, los rotores moleculares ocupan un espacio muy pequeño y dificultan el movimiento de los demás. Pero en el caso deUCLA-R3, nada desaceleró los rotores dentro de la nanojaula excepto las moléculas de líquido.
El grupo de investigación de García-Garibay midió qué tan rápido rotaban las moléculas en los cristales. Cada cristal tiene miles de millones de moléculas que giran dentro de una nanojaula, y los químicos conocen la posición de cada molécula.
UCLA-R3 se construyó con grandes rotores moleculares que se mueven bajo la influencia de las fuerzas viscosas ejercidas por 10 moléculas de líquido atrapadas en su entorno a nanoescala.
"Es muy común cuando tienes un grupo de moléculas rotatorias que los rotores están obstaculizados por algo dentro de la estructura con la que interactúan, pero no en UCLA-R3", dijo García-Garibay, miembro de California NanoSystemsInstituto en UCLA. "El diseño de UCLA-R3 fue exitoso. Queremos poder controlar la viscosidad para hacer que los rotores interactúen entre sí; queremos comprender la viscosidad y la energía térmica para diseñar moléculas que muestren acciones particulares.Queremos controlar las interacciones entre las moléculas para que puedan interactuar entre sí y con campos eléctricos externos ".
El equipo de investigación de García-Garibay ha estado trabajando durante 10 años en movimiento en cristales y diseño de motores moleculares en cristales. ¿Por qué es esto tan importante?
"Puedo obtener una imagen precisa de las moléculas en los cristales, la disposición precisa de los átomos, sin incertidumbre", dijo García-Garibay. "Esto proporciona un gran nivel de control, que nos permite aprender los diferentes principios que rigenfunciones moleculares a nanoescala "
García-Garibay espera diseñar cristales que aprovechen las propiedades de la luz, y cuyas aplicaciones podrían incluir avances en tecnología de comunicaciones, computación óptica, detección y el campo de la fotónica, que aprovecha las propiedades de la luz; la luz puede tener suficienteenergía para romperse y formar enlaces en las moléculas.
"Si somos capaces de convertir la luz, que es energía electromagnética, en movimiento, o convertir el movimiento en energía eléctrica, entonces tenemos el potencial de hacer que los dispositivos moleculares sean mucho más pequeños", dijo. "Habrá muchas, muchas posibilidadespor lo que podemos hacer con las máquinas moleculares. Todavía no entendemos completamente cuál es el potencial de la maquinaria molecular, pero hay muchas aplicaciones que pueden desarrollarse una vez que desarrollamos una comprensión profunda de cómo se produce el movimiento en los sólidos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California Los Ángeles UCLA . Original escrito por Stuart Wolpert. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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