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Nanopartículas inducidas a girar arrojan luz sobre el origen de la vida

ANN ARBOR— Al hacer girar nanopartículas son engañadas a organizarse a si mismas en “cristales giratorios vivos” que puede servir como una Nanopump. Pueden, también, arrojar luz sobre el origen de la vida misma, según una investigación de la Universidad de Michigan.

Los investigadores se refieren a los cristales como “vivos” por que de alguna manera adquieren vida propia a partir de reglas muy simples.

Sharon Glotzer, con la cátedra  Stuart W. Churchill de la Escuela de Ingienería Química y su equipo descubrió que cuando giraban nanopartículas en una simulación, algunas en la dirección de las agujas del reloj y otras, en sentido contrario  las partículas se unían en una compleja arquitectura.

El erquipo descubrió el  comportamiento mientras realizaba una investigación buscando métodos para hacer que las partículas  se adhirieran a si mismas sin procedimientos complicados – uno de los mayores desafíos de nanotecnología. Cuando las unidades son mil veces más pequeñas que un grano de arena las técnicas normales para construir estructuras ya no son eficaces.  .

Por esta razón, investigadores como Glotzer exploran maneras para que el  orden  se desarrolle naturalmente desde el desorden muy parecido a lo que pudo haber ocurrido  en los inicios de la vida.

“Si somos capaces de entender ésto, no solo podemos imaginar nuevas maneras de producer nuevos materiales y dispositivos, pero también podemos empezar a entender como las primeras estructuras vivas surgieron de una  sopa de sustancias químicas” dijo  Glotzer, que es además profesora de ciencias de materiales e ingienería, ciencias e ingienería macromolecular, física y física aplicada.

“Una de las maneras en que la biología se aproxima al reto del montaje (Nota del traductor: unión de partículas) es alimentando de manera constante bloques de energía. Es lo que hicimos con las nanopartículas”.

Investigadores en el área  descubrieron recientemente que si se da a las  partículas la energía para movimientos básicos, como por ejemplo moverse en una dirección pueden empezar a influir una a la otra, formando grupos. El grupo observó las consecuencias  si a todas las partículas se las haría girar.

“Se organizan,” dijo Daphne Klotsa, una de las investigadoras en el laboratorio de  Glotzer. “Desarrollaron dinámicas colectivas que no podíamos haber previsto”.

La simulación computacional creada por el equipo puede ser imaginada como dos conjuntos de molinos en una mesa de hockey de aire. El aire empujando hacia arriba de la mesa, empuja a los molinos hacia la derecha y a los otros, en el sentido contrario.  Cuando los molinos están lo suficientemente llenos hasta que sus hojas se tocan entre si, el equipo vió que comenzaban a dividirse entre sí hacia la derecha y hacia la izquierda en movimientos giratorios, un comportamiento de auto organización conocido entre los investigadores como la separación en fases.

“Lo importante es que conseguimos separación en fases, sin verdadera atracción.”. dijo Klotsa.

Ella llama a esta autoclasificación contra-intuitiva, porque las fuerzas directas no empujan de la misma manera para que se junten o se aparten.

La separación ocurre porque las helices del molino de viento chocan. Mientras un par de molinos gira en la misma dirección donde pueden juntarse sus helices, pero en realidad se están moviendo en direcciones opuestas. Esto significa que las helices empujarán unas a otras y quedarán adheridas, causando que los molinos giren como si fueran uno, al menos brevemente.

En contraste, las cuchillas de los molinos opuestos se mueven en la misma dirección donde se encuentran y se adhieren.  Ya que los molinos que giran en la misma dirección pasan más tiempo vinculados, gradualmente se acumulan en grupos.

Cuando los molinos se dividen en dirección a los punteros del reloj y en dirección contraria, el límite entre los grupos se convierte en una vía  para las partículas de la mezcla que no están girando.  Las cuchillas en el límite, empujan a las partículas que no giran en la zona limítrofe haciendo menos probable el retorno a grupos más densos de molinos. Los investigadores dicen que el fenómeno puede ser potencialmente aprovechada como nanopump, en  el transporte de objetos en un dispositivo.