autoensamblaje

Sobre una oblea de silicio lisa, los nanocubos de oro se comportan como una multitud en una pista de hielo: al principio algunas figuras se deslizan al azar por la superficie, pero en un minuto se reúnen en una alfombra uniforme que cubre dos tercios de la pista. Entre los cubos queda una separación de dos nanómetros, más o menos como la palma de la mano entre dos vecinos en una cola.

Un pulpo, con los tentáculos extendidos, espera. Nadie controla sus brazos desde un centro único, pero en cuanto una presa roza uno de ellos, los ocho se enrollan a su alrededor. Algo parecido han reproducido los físicos en el laboratorio con un cuerpo que no tiene ni neuronas ni músculos: un polímero estrella con brazos autopropulsados.

En una cacerola con agua flotan esferas microscópicas: partículas coloidales. Cada esfera está cubierta de largos hilos poliméricos, semejantes a un cepillo, y lleva una carga eléctrica. Si se ajustan bien la temperatura y la composición de la disolución, las esferas comienzan a ordenarse por sí solas en patrones regulares: cristales.

En un concierto, en medio de una multitud apretada, cada paso cuesta trabajo: cuanto más apretados estamos, menos ganas de moverse. Así se comporta normalmente la materia activa: los enjambres de bacterias o las bandadas de robots se quedan quietos en la densidad. Pero un grupo de investigadores descubrió el efecto contrario.

Una gota de agua sobre el vidrio tiembla y brilla: parece tener vida propia. Un comportamiento similar ahora puede verse en el mundo de los coloides: partículas diminutas suspendidas en un líquido. Los investigadores simularon en computadora partículas que emiten señales químicas. Estas señales, como olores en el aire, se propagan alrededor y hacen que los vecinos se acerquen o se alejen.

Un diapasón golpeado suena limpio y durante mucho tiempo. Pero si mientras suena agitas ligeramente el propio diapasón, el sonido empezará a temblar y se apagará rápidamente. Algo parecido ocurre con los electrones en cualquier trozo de materia. Los átomos en la red nunca están quietos: las vibraciones térmicas los hacen temblar continuamente.

En un mundo donde los números de Reynolds son insignificantes, el agua se convierte en un jarabe viscoso y los métodos de natación que conocemos dejan de funcionar. Aquí reina el traicionero teorema del peine: los movimientos simétricos no generan avance. Los microorganismos encontraron una solución: desarrollan colas poliméricas.

Durante mucho tiempo, solo veíamos las proteínas en su posición final, como fotografías de bailarines congelados en una pose hermosa. Programas como AlphaFold aprendieron a predecir esta pose a partir de la cadena de eslabones de carbono. Pero la verdadera magia está en cómo la proteína encuentra esta forma más rápido de lo que parpadeas, ejecutando una danza vertiginosa.

Una multitud en una plaza de la ciudad se comporta de manera diferente según si las personas se toman de las manos. Si cada uno solo roza ligeramente el codo del vecino, la gente se dispersa fácilmente en todas direcciones: la multitud se expande como una alfombra uniforme.

Si esparces semillas al azar, los brotes se enredan en un caos. Pero si las colocas en hileras uniformes, el campo crece de manera ordenada. Un principio similar funciona con las bacterias.

Una bandada de pájaros o un banco de peces a veces se enrolla en un vórtice, aunque ningún individuo dé la orden de 'girar'. Esta rotación colectiva ayuda al grupo a mantenerse unido y a mezclarse mejor. Por lo general se explica porque los propios individuos son asimétricos, como un tornillo, o se empujan unos a otros con un giro.

En un laboratorio donde se estudian cristales, el técnico mira la pantalla con un salpicón de manchas brillantes y gira lentamente la muestra hasta que las manchas forman un patrón simétrico. Es como sintonizar una radio vieja: giras la perilla hasta que el ruido se convierte en señal clara. Ahora, esa perilla la puede girar una máquina.

Dentro de la célula hay diminutas gotas líquidas, como gotitas de aceite en el agua. Se forman a partir de proteínas y ARN y sirven para diversas funciones: desde almacenar moléculas hasta acelerar reacciones. Pero si las gotas comienzan a fusionarse entre sí, se formaría un gran charco, y eso rompería toda la organización celular.

Un puñado de arena sobre la mesa es solo un montón. Pero si agitas las partículas correctamente, el montón empieza a comportarse como una memoria: recuerda qué movimiento sigue a cuál. En el nuevo experimento, movieron las partículas cíclicamente, y tras el entrenamiento reproducían el patrón deseado incluso sin la orden completa.

Una gota de agua con partículas diminutas se seca sobre la mesa. El agua se evapora, las partículas quedan y se organizan en un patrón, como la arena después de la marea baja. Pero si las partículas son blandas, el patrón resulta completamente diferente.

Un cocinero prueba la sopa después de cada pizca de sal y decide al instante qué añadir a continuación. Algo así hace la nueva instalación para cultivar películas cristalinas delgadas. Solo que en lugar del sabor, lo que se observa es la imagen de un microscopio electrónico, y en lugar del cocinero, actúa un programa informático.

Una gota de tinta en un vaso de agua se dispersa por sí sola. Pero si la tinta estuviera compuesta de pequeños motores, no solo se dispersaría: se arrastraría, empujaría y se agruparía en bancos. Estas partículas que se mueven por sí mismas se denominan activas. A partir de ellas se pueden ensamblar moléculas, como cuentas en un brazalete.

Un puñado de nanocristales de sulfuro de plomo recubiertos con moléculas cargadas se ordena por sí solo en una red cristalina perfecta. Cada nanocristal es como un ladrillo de unos pocos nanómetros, y las moléculas cargadas en su superficie actúan como mortero.

En un vaso de agua se disuelven varias sales y formaldehído. Al cabo de un tiempo, el líquido se separa espontáneamente: aparecen gotas con membrana, parecidas a diminutas burbujas. Dentro de cada gota ocurren transformaciones químicas, y la gota misma crece al incorporar materia de la solución circundante. Estas gotas no son simples burbujas. En su interior se forman gotas más pequeñas, que también pueden crecer.

Los cristales de tiempo son una fase exótica de la materia que exhibe movimiento periódico no en el espacio, sino en el tiempo, incluso en su estado fundamental, no excitado. Esta idea, que recuerda a un reloj perpetuo que no requiere cuerda, fue propuesta por primera vez por Frank Wilczek.

Un puñado de bolitas magnéticas, si se agitan, se agrupan en grumos. Pero añade a los imanes resortes que empujen las bolitas a distancia, y los grumos se deshacen en islotes regulares. Más o menos así se comportan las partículas de las que trata este nuevo trabajo: se atraen de cerca, pero se repelen de lejos.

La forma habitual de congelar una célula viva se parece a intentar ponerle un traje espacial: primero hay que introducir la sustancia protectora, pero mientras esta atraviesa la membrana, la célula puede reventar por el cambio de sales o intoxicarse con la química.

Si viertes un puñado de arena seca, se extiende formando un cono uniforme. Ahora toma un paquete de pasta con forma de estrella: el montón se mantendrá casi vertical. ¿Por qué? Todo está en la forma de las partículas.

Una bacteria en una gota de agua no solo nada: palpa el espacio a su alrededor, decide hacia dónde girar y encuentra la salida de un laberinto enredado. Los nadadores microscópicos artificiales hasta ahora no sabían hacer eso: había que llevarlos de la mano, enviándoles señales desde el exterior.