Transmisión de energía mediante nanopartículas de oro acopladas a estructuras de ADN
Utilizando estructuras de ADN como andamios, Tim Liedl ha demostrado que las nanopartículas de oro colocadas con precisión pueden servir como eficaces transmisores de energía
Desde el inicio de este campo en 2006, laboratorios de todo el mundo han estado explorando el uso del "origami de ADN" para el montaje de nanoestructuras complejas. El método se basa en hebras de ADN con secuencias definidas que interactúan mediante el emparejamiento localizado de bases. "Con la ayuda de hebras cortas con secuencias adecuadas, podemos conectar regiones específicas de moléculas largas de ADN entre sí, algo así como formar estructuras tridimensionales doblando una hoja de papel plana de determinadas maneras", como explica el profesor Tim Liedl, de la Facultad de Física de la LMU.
Una esfera de oro de 40 nm induce el acoplamiento plasmónico entre dos varillas de oro de 50 nm de longitud que están dispuestas de forma quiral.
T. Liedl
Imagen y espejo
Liedl ha utilizado ahora el origami de ADN para construir objetos quirales, es decir, estructuras que no pueden superponerse mediante ninguna combinación de rotación y traslación. En lugar de ello, poseen una "lateralidad" y son imágenes especulares la una de la otra. Estos pares suelen diferir en sus propiedades físicas, por ejemplo, en el grado de absorción de la luz polarizada. Este efecto puede aprovecharse de muchas maneras. Por ejemplo, es la base de la espectroscopia de CD (el "CD" aquí significa "dicroísmo circular"), una técnica que se utiliza para dilucidar la configuración espacial global de los compuestos químicos, e incluso de proteínas enteras.
Con el fin de ensamblar estructuras metálicas quirales, Liedl y su grupo sintetizaron complejas estructuras de ADN-origami que proporcionan sitios de unión colocados con precisión para la fijación de nanopartículas de oro esféricas y en forma de varilla. Así, el andamio sirve de plantilla o molde para colocar las nanopartículas en posiciones predeterminadas y con una orientación espacial definida. "Se puede ensamblar un objeto quiral basándose únicamente en la disposición de las nanopartículas de oro", dice Liedl
El oro no sólo es químicamente robusto, sino que, como metal noble, presenta lo que se conoce como resonancias plasmónicas de superficie. Los plasmones son oscilaciones electrónicas coherentes que se generan cuando la luz interactúa con la superficie de una estructura metálica. "Estas oscilaciones son como las ondas que se producen cuando se agita una botella de agua en paralelo o en ángulo recto con respecto a su eje longitudinal", explica Liedl.
Nanopartículas de oro como transmisores de energía
Las oscilaciones excitadas en partículas de oro espacialmente contiguas pueden acoplarse entre sí, y los plasmones en los experimentos de Liedl se comportan como imagen y espejo, gracias a su disposición quiral en el andamio de origami. "Esto lo confirman nuestras mediciones espectroscópicas con CD", dice Liedl. En los experimentos, las estructuras quirales se irradian con luz polarizada circularmente y el nivel de absorción se mide como porcentaje de la entrada. De este modo, se pueden distinguir las disposiciones diestras y zurdas.
En principio, dos nanorods de oro deberían ser suficientes para la construcción del objeto quiral, ya que pueden disponerse en forma de L o de L invertida. Sin embargo, las varillas utilizadas en los experimentos estaban relativamente separadas (en la nanoescala) y los plasmones excitados en una tenían poco efecto sobre los generados en la otra, es decir, las dos apenas se acoplaban entre sí. Pero Liedl y sus colegas tenían un truco bajo la manga. Mediante un rediseño adecuado de la estructura de origami, consiguieron colocar una nanoesfera de oro entre el par de varillas en forma de L, lo que amplificó eficazmente el acoplamiento. La espectroscopia de CD reveló la presencia de transiciones energéticas, confirmando así la hipótesis que el equipo había deducido de las simulaciones.
Liedl prevé dos escenarios potenciales en los que estas nanoestructuras podrían encontrar una aplicación práctica. Podrían utilizarse para detectar virus, ya que la unión de los ácidos nucleicos virales a una partícula de oro amplificaría la señal de CD. Además, los transmisores plasmónicos quirales podrían servir como dispositivos de conmutación modelo en los ordenadores ópticos, en los que los elementos ópticos sustituyen a los transistores que son los caballos de batalla de los ordenadores electrónicos.
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