polímeros para aprender sobre su comportamiento mecánico

Madrid 05 de Marzo 2014
"Pescando" polímeros para aprender sobre su comportamiento mecánico
Investigadores de IMDEA Nanociencia en colaboración con colegas de la
Universidades de Basilea y Berlín logran levantar cadenas moleculares aisladas desde
una superficie de oro con la punta de un microscopio de fuerza atómica (AFM),
pudiendo llegar a estimar la fuerza con la que se desprenden y la energía de enlace de
las moléculas. Los resultados han sido publicados en la prestigiosa revista científica
Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) .
La microscopía de fuerza atómica es un método utilizado normalmente para obtener, con
una resolución muy alta, imágenes de la superficie de materiales. La punta afilada del
microscopio se utiliza para explorar la superficie línea por línea. La resolución es tan alta,
que se pueden observar átomos individuales. “Este método es más o menos equivalente a la
utilización del pico de una montaña para escanear la superficie de una pelota de tenis” dice
el doctor Enrico Gnecco de IMDEA Nanociencia. Con un método mejorado, los científicos
ahora son capaces de investigar el comportamiento mecánico de un solo polímero mientras
que se tira de una superficie.
Con la punta del AFM, los investigadores fueron capaces de “pescar” cadenas individuales
de moléculas (polímeros) desde una superficie de oro. La interacción molécula-superficie
durante la tracción es tan débil que cada eslabón de la cadena (unidad molecular) se
desprende casi aisladamente. Por lo tanto, toda la cadena se puede sacar casi verticalmente.
Mediante el análisis de las oscilaciones observadas, los investigadores son capaces de hacer
estimaciones cuantitativas de la energía de enlace de cada unidad molecular.
Movimiento sin fricción
Además, los experimentos mostraron que los polímeros podrían ser arrancados sin ejercer
casi fuerzas laterales. Este notable comportamiento de movimiento casi sin fricción se
predijo con un modelo teórico y ahora se ha verificado experimentalmente con moléculas
sobre una superficie de oro. Nunca antes se había estudiado el comportamiento mecánico
de polímeros aislados durante la tracción en una superficie a resolución a escala atómica y
ahora por primera vez se dispone de información detallada del proceso
instituto madrileño de estudios avanzados nanociencia
Faraday, 9 Ciudad Universitaria de Cantoblanco 28049 Madrid · España
teléfono +34 91 2998710 / 8800· fax +34 91 2998725 · e-mail [email protected]
Estas investigaciones no sólo son de interés para el campo de la física, sino también para la
biología y la química, ya que este método
de “pescar” polímeros de una superficie
también se puede aplicar a moléculas
biológicas. Hasta ahora, se ha obtenido
información valiosa en el plegamiento de
ADN y proteínas. Este nuevo método abre
las puertas a la investigación de las
reacciones químicas de pequeñas unidades
secundarias de biopolímeros o cadenas
poliméricas complejas bajo la influencia
de fuerzas de tracción y nanopartículas
catalíticas.
Fig. 1 La punta de un AFM tirando una
cadena molecular verticalmente desde una
superficie de oro (Ilustración: Enrique
Sahagun, Scixel SA)
Fuente original
Shigeki Kawai, Matthias Koch, Enrico Gnecco, Ali Sadeghi, Rémy Pawlak, Thilo Glatzel,
Jutta Schwarz, Stefan Goedecker, Stefan Hecht, Alexis Baratoff, Leonhard Grill and Ernst
Meyer Quantifying the atomic-level mechanics of single long physisorbed molecular chains
PNAS Early Edition |doi: 10.1073/pnas.1319938111
instituto madrileño de estudios avanzados nanociencia
Faraday, 9 Ciudad Universitaria de Cantoblanco 28049 Madrid · España
teléfono +34 91 2998710 / 8800· fax +34 91 2998725 · e-mail [email protected]