Autoensamblaje
A medida que los investigadores comienzan a intentar construir dispositivos y materiales novedosos a nanoescala (un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro, el tamaño de unos pocos átomos), se enfrentan a un desafío enorme. Si bien está demostrando ser posible, en muchos casos, empujar moléculas para formar estructuras diminutas e incluso dispositivos funcionales, producir en masa de manera eficiente cualquier cosa con características a nanoescala es otra cuestión. Pero, ¿qué pasaría si millones de estos nano bloques de construcción hicieran el trabajo pesado y se ensamblaran en las estructuras deseadas, evitando el uso de instrumentos de fabricación costosos y elaborados?
El autoensamblaje se ha convertido en uno de los santos griales de la nanotecnología y los científicos de numerosos laboratorios están trabajando para transformarlo en una herramienta eficaz de nanoingeniería. En cierto sentido, el autoensamblaje no es nada nuevo: la biología lo hace todo el tiempo. Y durante décadas, los científicos han estudiado la química supramolecular, aprendiendo no solo cómo las moléculas se unen entre sí, sino también cómo un gran número de moléculas pueden unirse para formar estructuras; de hecho, el concepto de autoensamblaje surgió en gran medida de los intentos de los químicos de hacer moléculas que se agregan espontáneamente en configuraciones específicas, de la misma manera que las moléculas biológicas forman membranas celulares complejas.
Esta historia fue parte de nuestro número de noviembre de 2001
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Pero ahora, con una comprensión cada vez mayor de cómo las moléculas y las partículas pequeñas interactúan entre sí, los investigadores pueden comenzar a predecir cómo esos elementos podrían autoensamblarse en estructuras más grandes y útiles, como los transistores en un chip semiconductor. El autoensamblaje proporciona una ruta muy general para fabricar estructuras a partir de componentes demasiado pequeños o demasiado numerosos para ser manipulados robóticamente, dice George Whitesides, químico de la Universidad de Harvard y pionero en el campo.
Para comprender mejor cómo funciona el autoensamblaje, Whitesides y sus colaboradores han demostrado recientemente que revestir selectivamente las superficies de placas de oro microscópicas con una película orgánica pegajosa puede, en las condiciones adecuadas, hacer que miles de tales placas se autoensamblen en tres dimensiones. estructuras. Hasta ahora, el equipo de Whitesides ha creado un circuito electrónico funcional relativamente grande utilizando una técnica similar. El siguiente paso consistirá en reducir el circuito a la escala micrométrica, creando estructuras tridimensionales más complejas a partir de silicio. Si bien los componentes electrónicos del tamaño de un micrómetro no son nada nuevo (Intel los fabrica todo el tiempo), los experimentos de Whitesides podrían proporcionar pistas valiosas sobre cómo manipular mejor el autoensamblaje.
La naturaleza misma también está proporcionando a los científicos un modelo de cómo crear dispositivos electrónicos autoensamblables. La científica de materiales Angela Belcher de la Universidad de Texas en Austin clasificó miles de millones de proteínas diferentes para encontrar aquellas que reconocen y se unen a diferentes tipos de materiales inorgánicos. Por ejemplo, un extremo de la proteína podría unirse a una partícula de metal específica y el otro extremo podría adherirse a la superficie de un semiconductor como el arseniuro de galio. Dadas las indicaciones adecuadas, las proteínas podrían dirigir partículas de materiales inorgánicos de tamaño nanométrico para formar varias estructuras.
La primavera pasada, Belcher cofundó una empresa llamada Semzyme que planea crear una biblioteca de estos componentes básicos mediados por proteínas. Podrían tener cualquier número de aplicaciones tecnológicas, al hacer cosas como sensores biomédicos, discos de almacenamiento magnéticos de alta densidad o microprocesadores.
Los químicos de laboratorios como los de Hewlett-Packard, la Universidad de California, Los Ángeles, la Universidad de Yale y la Universidad de Rice también están intentando desarrollar computadoras moleculares autoensambladas. Sin embargo, si lo consiguen, pasarán años.
Mientras tanto, con menos ambición, otros investigadores están avanzando rápidamente en el uso del autoensamblaje para construir estructuras tridimensionales cada vez más complejas y cada vez más pequeñas que podrían ser compatibles con los dispositivos existentes. Por ejemplo, ciertas características de una unidad de disco, como el medio de almacenamiento, podrían crearse mediante el autoensamblaje, mientras que los componentes más grandes necesarios para conectar el dispositivo al mundo exterior se realizarían utilizando técnicas convencionales. Esperamos que el autoensamblaje pueda reemplazar de manera económica ciertas etapas en la producción de materiales y dispositivos, donde se necesita control a nivel molecular, dice el ingeniero Christopher Murray de la división de ciencia a nanoescala de IBM Research en Yorktown Heights, NY.
Si tiene razón, la nanoingeniería será mucho más fácil.
