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Materials

Tejen la red más compleja jamás fabricada con hilos orgánicos

Hilos de oligoprolina que se autoensamblan para formar una estructura trenzada

by Stu Borman
July 27, 2017 | APPEARED IN VOLUME 95, ISSUE 31

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Credit: Joachim Schnabl/ETH Zurich (model); Adapted from Nat. Chem. (pattern)
Molecular model of the structure of the new organic triaxial woven material (inset shows weave pattern).
Credit: Joachim Schnabl/ETH Zurich (model); Adapted from Nat. Chem. (pattern)
Modelo molecular de la estructura del nuevo material orgánico trenzado (abajo se muestra el patrón del tejido).

Investigadores europeos han enhebrado sus agujas químicas para tejer una tela sin fibras, formada por cadenas orgánicas individuales.

Muchos tejidos, como las telas que se usan para fabricar ropa o los juncos que se usan en las cestas de mimbre, tienen dos juegos de hilos entrelazados de manera perpendicular. Uno es la urdimbre, y el otro, que fija la estructura, la trama. Para mimetizar esos materiales en el mundo molecular, los científicos usaron metales en los puntos de enlace de las cadenas orgánicas.

Ahora, Helma Wennemers de la ETH de Zúrich y sus colaboradores han elevado esta tecnología al siguiente nivel creando el primer material orgánico tejido con tres juegos de cadenas (Nat. Chem. 2017, DOI: 10.1038/nchem.2823). Estas trenzas tienen dos juegos de hilos de urdimbre superpuestos –que no entrelazaods– y un juego de hilos de trama que refuerza los otros dos. Los hilos están formados por cadenas de oligoprolina derivatizada.

Además de la importancia de este material como un nuevo estado de la materia, puede alojar nanopartículas u otros huéspedes moleculares en los huecos entre los tres juegos de hilos. Esto podría ser de gran utilidad para sintetizar redes de sensores o dispositivos de almacenamiento de nanopartículas.

El trabajo es “una inteligente demostración de tejido molecular” y el material “es una estructura elegante topológicamente,” dice Omar M. Yaghi de la Universidad de California, Berkeley. Como la estructura tejida es mucho más resistente que los hilos que la conforman, podría ser la base para “nuevos materiales de fuerza y resiliencia inusuales,” añade. El grupo de Yaghi sintetizó el primer tejido orgánico usando iones de cobre, que luego eliminaban, como plantillas para autoensables de bencidina-bisfenantrolina (Science 2016, DOI: 10.1126/science.aad4011).

Podría parecer que Wennemers y su equipo necesitaron magia para trenzar los hilos de oligómeros y formar este nuevo material. Pero utilizaron una estrategia libre de hechizos – diseñaron el oligómero para que estuviera predestinado a autoensamblarse formando la trenza molecular.

Su truco fue añadir grupos perileno-monoimida, muy aromáticos, a los oligómeros de prolina. Estos se asocian unos con otros mediante interacciones π-π, creando oligómeros más largos con ‘agujeros’ aleternados. Las interacciones CH-π entre los grupos aromáticos inducen que los hilos de urdimbre se superpongan, y facilitan que la trama cosa la estructura pasando por los huecos alternos, formando puntos de union que bloquean la estructura de tres ejes. Wennemers y sus colaboradores usaron microscopía electrónica de transmisión, microscopía de fuerza atómica y dispersión de rayos x con ángulo de incidencia rasado para confirmar la estructura.

“La funcionalidad potencial es similar a las de las estructuras orgánicas covalentes (COFs) y metalo-orgánicas (MOFs), que han sido de gran interés en química de materiales en los últimos años,” comenta Samuel I. Stupp, un experto en materiales autoensamblables de la Universidad Northwestern. “Sin embargo, el trabajo demuestra la posibilidad de acceder a estas estructuras supramoleculares sin usar metales o reacciones químicas complejas,” que habitualmente se requieren para sintetizar las estructuras orgánicas. 

En principio, los químicos podrían usar disolventes para deshacer la estructura y reutilizar los oligómeros, dice Stupp. “Además, la topología del tejido y las fuertes interacciones no covalentes mimetizan el entrelazado de los polímeros, ofreciendo robustez mecánica: se necesita mucha energía por unidad de volumen para fracturarlos, una propiedad importante para cualquier aplicación.”


Traducción al español producida por Fernando Gomollón Bel de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.

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