{"id":558,"date":"2012-07-14T10:20:40","date_gmt":"2012-07-14T09:20:40","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/?p=558"},"modified":"2012-07-18T10:02:14","modified_gmt":"2012-07-18T09:02:14","slug":"nanotecnologia-y-7-tectonica-cristalina","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/2012\/07\/14\/558\/","title":{"rendered":"Nanotecnolog\u00eda (y 7): tect\u00f3nica cristalina"},"content":{"rendered":"

Manuel Elices Calafat<\/a><\/strong>\u00a0(Universidad Polit\u00e9cnica de Madrid; Real Academia de Ciencias Exactas, F\u00edsicas y Naturales; National Academy of Engineering USA)<\/p>\n

Hemos reservado, para este \u00faltimo post de la serie, los cocolitos, que son magn\u00edficas filigranas calc\u00e1reas elaboradas por algas marinas unicelulares. El proceso constructivo de estas delicadas estructuras puede proporcionar ideas muy interesantes para fabricar peque\u00f1os componentes a partir de nanomateriales. Para ilustrar este concepto se resumen algunos aspectos de la construcci\u00f3n de\u00a0la cocoesfera producida por el alga marina unicelular Emiliania huxleyi<\/em>.<\/p>\n

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Figura 1. La cocoesfera que produce el alga marina unicelular Emiliania huxleyi es una filigrana esf\u00e9rica de calcita, formada por placas ovales llamadas cocolitos. Cada uno de estos est\u00e1 compuesto por 30 o 40 nanocristales de calcita. La s\u00edntesis de la cocoesfera es un impresionante ejemplo de autoensamblaje. (La foto de la cocoesfera es una cortes\u00eda de la Dra. Lluisa Cros Miguel).<\/figcaption><\/figure>\n

La cocoesfera que elabora el alga E. huxleyi<\/em> es una filigrana esf\u00e9rica de calcita y est\u00e1 formada por placas ovales llamadas cocolitos (Fig. 1). El tama\u00f1o de los cocolitos es de unas 3 micras y cada uno est\u00e1 compuesto por 30 o 40 nanocristales de calcita. Esta compleja estructura se forma por autoensamblaje de peque\u00f1as unidades, lo que implica una secuencia de procesos coordinada e integrada. Inicialmente se forma un anillo de placas rombo\u00e9dricas de calcita, como si fuera un collar, y posteriormente los cristales crecen hacia el centro y hacia el exterior. Cada elemento del cocolito \u2014a pesar de su forma complicada\u2014 es un monocristal de calcita (para m\u00e1s detalles v\u00e9ase Didymus J.M., Young J.R., Mann S. (1994) Construction and morphogenesis of the chiral ultraestructure of coccoliths from the marine alga Emiliania huxleyi. Proc. R. Soc. Lond. B<\/em> 258<\/strong>, 237-245<\/span>). Despu\u00e9s, los cocolitos viajan hasta la superficie de la c\u00e9lula y se ensamblan para formar la cocoesfera.<\/p>\n

La s\u00edntesis de una cocoesfera es un proceso complejo de fabricaci\u00f3n de materiales que se realiza a distintos niveles; desde unos pocos nan\u00f3metros hasta miles de nan\u00f3metros. Las c\u00e9lulas de las algas no se han especializado en la biomineralizaci\u00f3n\u00a0 \u2014a\u00a0diferencia\u00a0 de\u00a0 los\u00a0 osteoblastos, por ejemplo\u2014 sin embargo poseen la maquinaria para estos procesos complejos. Por este motivo, este ejemplo puede proporcionar pistas que ayuden a entender \u2014y quiz\u00e1s a copiar\u2014 las sofisticadas t\u00e9cnicas de autoensamblaje que usa la naturaleza.<\/p>\n

S. Mann ha acu\u00f1ado el t\u00e9rmino tect\u00f3nica cristalina<\/em> para imitar los complejos procesos de biomineralizaci\u00f3n. La palabra tect\u00f3nica proviene del griego y est\u00e1 relacionada con el arte de construir. La tect\u00f3nica cristalina se puede definir como la ciencia de la construcci\u00f3n de estructuras supramoleculares a partir de nanopart\u00edculas inorg\u00e1nicas. Las fuerzas que dirigen y ordenan el autoensamblaje provienen de las interacciones complementarias entre grupos qu\u00edmicos en las superficies de las nanopart\u00edculas (Mann S., Ozin G.A. (1996) Synthesis of inorganic materials with complex form. Nature<\/em> 382<\/strong>, 313-318<\/span>). Veamos algunos ejemplos.<\/p>\n

Un proceso simple de autoensamblaje es el ensamblaje interactivo<\/em> (ver figura 2a). La fuerza que dirige el ensamblaje es la que tiende a formar una bicapa entre las mol\u00e9culas org\u00e1nicas adsorbidas sobre las nanopart\u00edculas. Por este procedimiento se pueden construir delgados filamentos cristalinos de nanopart\u00edculas de BaSO4<\/sub>, o de BaCrO4<\/sub>, cuando\u00a0 se\u00a0 recubren\u00a0 con\u00a0\u00a0 mol\u00e9culas\u00a0 surfactantes\u00a0apropiadas, en este ejemplo con AOT ( bis-(2-hexil etil) sulfosuccinato).<\/p>\n

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Figura 2. Ejemplo de autoensamblaje.
a.- Ensamblaje interactivo. La fuerza que dirige el ensamblaje es la que tiende a formar una bicapa entre las mol\u00e9culas org\u00e1nicas adsorbidas sobre las nanopart\u00edculas. En la fotograf\u00eda (Mann et al. 2000) se pueden ver cadenas de nanopart\u00edculas de cromato de bario autoensambladas interactivamente.
b.- Ensamblaje programado, basado en la especifidad del reconocimiento e interacci\u00f3n entre el ant\u00edgeno y el anticuerpo. En la fotograf\u00eda (Mirkin et al. 1996) se observan conjuntos de nanopart\u00edculas de oro autoensambladas por este procedimiento. Los anticuerpos, adsorbidos a las part\u00edculas de oro, se han dibujado esquem\u00e1ticamente. El ant\u00edgeno con dos grupos funcionales se ha representado por dos rect\u00e1ngulos rojos y se ha incluido su f\u00f3rmula qu\u00edmica.<\/figcaption><\/figure>\n

Otra forma, m\u00e1s sofisticada, es el ensamblaje programado<\/em>. Se basa en la especificidad del reconocimiento e interacci\u00f3n entre el ant\u00edgeno<\/em> y el anticuerpo<\/em>. En la actualidad, ya es posible producir prote\u00ednas con regiones espec\u00edficas para que se enlacen con determinadas mol\u00e9culas. Por ejemplo, si se elige como ant\u00edgeno una mol\u00e9cula que contenga el grupo dinitrofenilo (DNP) y se fabrican anticuerpos basados en la inmunoglobulina E (IgE), el anticuerpo resultante \u2014llamado anti-DNP IgE\u2014 ser\u00e1 una prote\u00edna que tendr\u00e1 regiones\u00a0 que\u00a0 reconocer\u00e1n\u00a0 y se asociar\u00e1n con mol\u00e9culas de\u00a0DNP. Esta estrategia se ha utilizado en tect\u00f3nica cristalina para construir estructuras a partir de nanopart\u00edculas de oro (ver figura 2b). El primer paso consiste en adsorber los anticuerpos \u2014anti-DNP IgE\u2014 a las nanopart\u00edculas de oro, despu\u00e9s dise\u00f1ar el ant\u00edgeno con dos grupos funcionales de DNP y, finalmente, dejar que reaccionen para que se agreguen las part\u00edculas.<\/p>\n

Esta estrategia \u2014la especificidad de la reacci\u00f3n ant\u00edgeno anticuerpo\u2014 tambi\u00e9n se puede utilizar con las hebras de DNA y sus complementarias. Mirkin y Alivisatos, entre otros, (Mirkin C.A. et al<\/em>. (1996) A DNA-based method for rationally assembling nanoparticles into macroscopic materials. Nature<\/em> 382<\/strong>, 607-609<\/span>, Alivisatos A.P. et al<\/em>. (1996) Organization of nanocrystal molecules using DNA. Nature<\/em> 382<\/strong>, 609-611<\/span>) han conseguido agregados de part\u00edculas de oro, de 13 nm, recubri\u00e9ndolas con hebras de DNA en las que se a\u00f1ade en un extremo un grupo tiol, que se une al oro. Para conseguir que las nanopart\u00edculas se agrupen hay que incorporar a la soluci\u00f3n mol\u00e9culas formadas por dos cadenas de DNA complementarias a las anteriores. Con este procedimiento se pueden fabricar materiales con las propiedades \u00f3pticas y electr\u00f3nicas deseadas. Es m\u00e1s, estas t\u00e9cnicas se pueden utilizar para analizar o extraer, de forma selectiva, nanopart\u00edculas dentro de poblaciones heterog\u00e9neas siempre que las nanopart\u00edculas est\u00e9n codificadas con su hebra de DNA.<\/p>\n

La tect\u00f3nica cristalina no permite, todav\u00eda, fabricar estructuras tan sofisticadas como los cocolitos, pero ya se consiguen cadenas como las que poseen las bacterias magn\u00e9ticas. En el futuro, cuando en vez de partir de part\u00edculas esf\u00e9ricas se parta de cristales y se sepa controlar el tipo de mol\u00e9cula que ha de adsorberse en cada cara del cristal, se podr\u00e1n fabricar por autoensamblaje nano y microestructuras complejas.<\/p>\n

EPILOGO<\/strong><\/p>\n

Igual que hace 700 a\u00f1os, tambi\u00e9n hoy hay una cierta desconfianza sobre las fabulosas narraciones de los exploradores que se han aventurado en el nuevo mundo de la nanociencia. Tambi\u00e9n se nota cierto escepticismo cuando se plantean inversiones en nanot\u00e9cnica, algo parecido a las dudas que debieron tener los armadores venecianos antes de equipar una nave en busca de fortuna rumbo al Lejano Oriente.<\/p>\n

Es posible \u2014muy probable\u2014 que surjan nuevos Crist\u00f3bal Col\u00f3n que hagan insospechados descubrimientos motivados por la sugerente informaci\u00f3n proporcionada por los exploradores que regresan de sus viajes en la punta de un alfiler. Col\u00f3n ten\u00eda una edici\u00f3n latina de 1485 del Libro de las Maravillas con numerosas apostillas.<\/p>\n

La experiencia nos ense\u00f1a que la realidad suele ser m\u00e1s rica que la fantas\u00eda y es posible \u2014casi seguro\u2014 que el futuro de la nanot\u00e9cnica, con sus nanomateriales, sea m\u00e1s interesante que el que nos narran los exploradores del siglo XXI. Un coet\u00e1neo de Marco Polo escribi\u00f3 que \u00e9ste hab\u00eda defendido su texto incluso en el lecho de muerte. A los amigos que le exhortaron a retractarse antes de ir a reunirse con Dios, les respondi\u00f3 categ\u00f3ricamente \u201cNo he descrito ni la mitad de lo que vi\u201d.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Manuel Elices Calafat\u00a0(Universidad Polit\u00e9cnica de Madrid; Real Academia de Ciencias Exactas, F\u00edsicas y Naturales; National Academy of Engineering USA) Hemos reservado, para este \u00faltimo post de la serie, los cocolitos, que son magn\u00edficas filigranas calc\u00e1reas elaboradas por algas marinas unicelulares. El proceso constructivo de estas delicadas estructuras puede proporcionar ideas muy interesantes para fabricar peque\u00f1os componentes a partir de nanomateriales. Para ilustrar este concepto se resumen algunos aspectos de la construcci\u00f3n de\u00a0la cocoesfera producida por el alga marina unicelular Emiliania huxleyi. La cocoesfera que elabora el alga E. huxleyi es una filigrana esf\u00e9rica de calcita y est\u00e1 formada por placas\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":187,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[16827,2468,16825],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/558"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/users\/187"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=558"}],"version-history":[{"count":13,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/558\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":566,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/558\/revisions\/566"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=558"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=558"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=558"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}