Esta semana en la ciencia 14|23

Portada Semana Ciencia 1423

La información en un átomo

“En el estudio se explora el límite de energía de anisotropía magnética que puede ser almacenada en un átomo, y por cuánto tiempo puede conservar determinado estado de espín.”

Diseño y construcción con proteínas

“… una aproximación con importantes avances ha sido el uso de algoritmos computacionales para el diseño de proteínas en estructuras complejas que involucren elementos múltiples, y no estructuras simples como anteriormente se había hecho.”

La información en un átomo

Semana -1423 - 1 DiscoEl aprovechamiento de las propiedades magnéticas de los materiales, ha permitido el diseño de dispositivos cada vez más pequeños y con mayor capacidad. En los discos duros, los datos son almacenados como bits magnéticos; en cada bit, la dirección -hacia arriba o hacia abajo- del campo magnético, corresponde con un 1 o un 0. El bit más pequeño posible sería un único átomo, pero el magnetismo de un átomo debe ser estabilizado a través de un efecto denominado acoplamiento órbita-espín.

La anisotropía magnética proporciona direccionalidad y estabilidad a la magnetización, por lo cual se han planteado estrategias para escalar la anisotropía magnética de metales ferromagnéticos, basadas en la introducción de elementos pesados dentro o junto al ferromagneto,  todo esto con el fin de mejorar la energía de acoplamiento órbita-espín. Aleaciones de metales de transición con tierras raras, como el TbCoFe, y multicapas binarios como Co/Pt y Co/Pd, son usadas como materiales de grabación magnética, por su gran anisotropía magnética perpendicular. Un obstáculo fundamental para el desarrollo de dispositivos de pequeña escala, es la cantidad total de energía que puede ser inducida en una capa de almacenamiento. Mientras más pequeño es el bit magnético, y a medida que se acerca a escalas atómicas, se pierde estabilidad térmica y entran en juego efectos de relajación y excitación, todo lo cual puede afectar significativamente la magnetización.

En un artículo publicado en la revista Science, se da cuenta de la modelación de un sistema con el objetivo de lograr bits de átomo único, en este caso se trata de átomos de cobalto adsorbidos en óxido de magnesio. En el estudio se explora el límite de energía de anisotropía magnética que puede ser almacenada en un átomo, y por cuánto tiempo puede conservar determinado estado de espín. A temperaturas cercanas al cero absoluto (0.6 K), la estabilización de la dirección magnética del espín alcanzó el máximo teórico posible. Los autores del estudio refieren haber logrado la máxima anisotropía magnética para un átomo de metal de transición y que sus resultados extienden los límites para la miniaturización de sistemas magnéticos.


Diseño y construcción con proteínas

Semana -1423 - 2 ProteínasAlgunas características que los sistemas biológicos tienen para el ensamblaje de estructuras intracelulares, representan un área de gran interés para los científicos dedicados al diseño y construcción de nuevos materiales a escalas nanométricas. El autoensamble de proteínas presenta una amplio rango de funcionalidades, que van desde el andamiaje celular dinámico de las proteínas del citoesqueleto, hasta las funciones de encapsulamiento, protección y transporte de genomas que realizan las cápsides víricas. Si bien los ensambles naturales pueden ser reprogramados para realizar funciones distintas, esto se hace sólo con estructuras de proteínas ya existentes, lo cual limita las posibilidades de aplicación. Para superar estas limitantes, la ciencia se ha puesto como meta el desarrollo de métodos para el diseño de nuevas proteínas autoensamblables. En este sentido, una aproximación con importantes avances ha sido el uso de algoritmos computacionales para el diseño de proteínas en estructuras complejas que involucren elementos múltiples, y no estructuras simples como anteriormente se había hecho.

Esta semana se publicó en la revista Nature, un artículo en el que se da a conocer un método computacional para el diseño de nanomateriales a base de proteínas. Este método se centra en la codificación de información para el ensamblaje directo en interfaces de proteína a proteína que no sólo proveen energéticamente el ensamble, sino que además definen de manera precisa la orientación relativa de cada bloque. Esto permitió expandir el rango funcional y estructural de los materiales diseñados, logrando así que múltiples copias de dos distintas unidades se ensamblen en estructuras específicas. Como resultado se reporta el diseño de cinco nanomateriales de proteínas tipo jaula en dos estructuras simétricas, así como la demostración experimental de que dichas estructuras corresponden con lo presentado por los modelos. Los autores del artículo afirman que la precisión del método, así como el número y variedad de materiales que podría producir, muestran una ruta para la construcción de nanomateriales funcionales y hechos a la medida de aplicaciones específicas.


 

Con información de artículos publicados en Science 6187, del 30 de mayo de 2014 y Nature 7503 del 5 de junio de 2014.

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