ADN para fabricar cristales fotónicos

El brillo de las alas de las mariposas en vivos colores no surge de pigmentos. Los responsables de esa paleta de colores son los cristales fotónicos. Su nanoestructura periódica permite el paso de la luz en determinadas longitudes de onda y refleja otras. Esto hace que las escamas de las alas, que en realidad son transparentes, aparezcan tan magníficamente coloreadas.

Fabricar cristales fotónicos artificiales tiene múltiples aplicaciones. Se han empleado para desarrollar células solares más eficientes, innovadoras guías de ondas ópticas y materiales para la comunicación cuántica. Sin embargo, han venido siendo muy laboriosos de fabricar y además tienen limitaciones importantes.

Para la comunidad científica y diversos sectores industriales, la fabricación de cristales fotónicos artificiales para longitudes de onda de luz visible ha sido un desafío difícil desde que la idea surgió hace más de 35 años.

Para los cristales fotónicos que funcionan en la gama de los infrarrojos, las técnicas litográficas clásicas son adecuadas, aunque su uso en esta aplicación resulta laborioso y caro. En la gama de longitudes de onda de la luz visible y ultravioleta, los métodos litográficos no han tenido éxito por ahora.

Empleando nanotecnología basada en ADN, un equipo integrado, entre otros, por Tim Liedl y Gregor Posnjak, ambos de la Universidad Ludwig-Maximilian (LMU) en Múnich (Alemania), ha desarrollado un nuevo método para fabricar cristales fotónicos.

A diferencia de las técnicas litográficas, el nuevo método se basa en un concepto descrito simplificadamente como "origami de ADN" o "papiroflexia de ADN" y permite diseñar y sintetizar bloques de construcción, los cuales se ensamblan entre ellos por sí mismos conformando una estructura con una retícula muy específica.

Imagen captada mediante microscopio electrónico, y luego reprocesada, en la que se muestran cristales hechos mediante el nuevo método basado en la papiroflexia de ADN. (Foto: Liedl Lab)

Esta estructura sirve de andamio que facilita mucho los siguientes pasos del proceso, que incluyen, entre otras cosas, la agregación de capas atómicas individuales de dióxido de titanio en todas las superficies de los cristales confeccionados mediante papiroflexia de ADN.

Tras aplicarle el recubrimiento, el cristal fotónico no deja pasar la luz ultravioleta con una longitud de onda de unos 300 nanómetros, sino que la refleja.

La longitud de onda de la luz reflejada puede controlarse mediante el grosor de la capa de dióxido de titanio.

Posnjak y sus colegas exponen los detalles técnicos del nuevo método en la revista académica Science, bajo el título "Diamond-lattice photonic crystals assembled from DNA origami". (Fuente: NCYT de Amazings)