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Biblioteca de la Universidad Complutense de Madrid

Viernes, 24 de noviembre de 2017

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De cómo sintetizar miles de millones de nanopartículas idénticas y para qué sirve hacerlo

Andrés Guerrero es investigador Ramón y Cajal del Departamento de Química Física I de la Facultad de Ciencias Químicas de la UCM, desde donde dirige un grupo de investigación relacionado con el campo de las nanopartículas. Su trabajo principal consiste en sintetizar sistemas dentro de la escala nanométrica para obtener propiedades que no existen dentro de la escala macroscópica. El día 3 de noviembre han publicado un trabajo en Science en el que describen una metodología para producir partículas metálicas con unas morfologías muy características, a las que han denominado nanopalitos (nanorods en inglés), que son todas exactamente iguales, con lo cual tienen las mismas propiedades. Contar con miles de millones de nanopartículas idénticas, clónicas, es algo que no había conseguido nadie en todo el mundo.

 

Para producir esos nanopalitos los investigadores complutenses han utilizado láseres de femtosegundos (en un segundo hay mil billones de femtosegundos), de los que están disponibles en el CAI de Láseres Ultrarrápidos de la UCM, y con los que han podido moldear partículas convencionales y transformarlas en clones morfológicos. Andrés Guerrero explica que con este método "todas las partículas van a tener la misma forma y, como consecuencia de ello, también las mismas propiedades, fundamentalmente de tipo óptico".


El método, según Andrés Guerreo, es muy fácil de realizar, "siempre que se cuente con un láser de femtosegundos", es escalable, es rápido, "porque en cuestión de minutos está el resultado" y es muy reproducible. Lo único que le falla es el precio, porque no es una técnica barata, ni por el uso de esos láseres ultrarrápidos, ni por el tipo de partículas utilizadas.


Por ejemplo, para el artículo publicado en Science se han utilizado partículas de oro que "se caracterizan por ser capaces de absorber y reflejar la luz en determinadas regiones del espectro electromagnético". Y en concreto estas partículas son capaces de transformar esa luz en calor, lo que se puede utilizar para múltiples aplicaciones, como por ejemplo en biomedicina para aplicaciones en fototerapia térmica, "de tal manera que si se funcionalizan con biomoléculas adecuadas se pueden internalizar en células, por ejemplo células cancerígenas, y sencillamente luego utilizando láseres se pueden excitar, y con ese aumento de temperatura muy local provocarán la lisis, es decir, el proceso de ruptura de la membrana celular".


También puede tener aplicaciones importantes en estudios medioambientes, para llevar a cabo la detección de especies de interés analítico o biomédico, "porque los aumentos de temperatura están asociados a aumentos de campo electromagnético y eso permite que si un analito, es decir, el componente de interés analítico de una muestra, se coloca sobre la superficie de una partícula metálica será mucho más fácil de detectar a partir de técnicas espectroscópicas, a partir de luz". Eso permitiría llegar incluso a la detección de una única molécula de un contaminante o de un marcador de una enfermedad.


Habría otras aplicaciones más físicas y ópticas como el almacenaje de información en este tipo de partículas. O incluso podrían servir en la búsqueda de nuevos materiales, entre ellos los que sean transparentes en el espectro visible, "aunque ese es un reto que está muy lejos todavía de poderse conseguir".


Explica Andrés Guerrero que el hecho de que todas las nanopartículas se comporten igual ópticamente quiere decir que los rendimientos de esos procesos de absorción y de transformación de luz a calor son muchísimo más eficientes de lo que se ha hecho hasta ahora. De ahí que se espera "que el impacto de este trabajo sea muy grande y muy referenciado, porque hasta ahora siempre que se sintetizaban partículas coloidales esas partículas tenían pequeñas diferencias entre sí desde un punto de vista natural, pero ahora con el láser se pueden moldear esas pequeñas diferencias y las convertimos en clones". Añade el investigador complutense que "en los últimos 20 años se ha investigado para obtener el desarrollo de nanopartículas que sean iguales, miles de millones de ellas, y eso hasta ahora no lo había logrado nadie".


Aparte de trabajar con oro los investigadores han aplicado el método de creación de estas nanopartículas con otros materiales metálicos plasmónicos como la plata, el cobre, el aluminio y el paladio, pero incluso se podría extender a semiconductores, como los puntos cuánticos, e incluso a óxidos metálicos para el diseño de partículas magnéticas. Estas posibilidades se deben a que "el método es una interacción entre la luz y la materia, y consiste en alcanzar un equilibrio entre la energía que se introduce en el material y cómo ese material se calienta y libera calor". Gracias a eso es como se pueden moldear a su antojo, "ya sea mucho o poco, de manera más o menos efectiva", así que "la manera de moldear otros materiales sería análoga, habría que encontrar dónde absorben, irradiarlos, calentarlos a temperaturas de miles de grados Kelvin a nivel muy local, controlar cómo se enfrían y moldearlos".


El estudio publicado en Science tiene una parte experimental, pero también teórica, de las propiedades quimico-físicas que hay debajo de esa interacción entre la luz y las nanopartículas metálicas. Este trabajo en concreto es una colaboración entre la Universidad Complutense, la Universidad Politécnica de Madrid y el CIC biomaGUNE, un instituto de biomateriales del País Vasco. En la UCM se ha llevado a cabo la parte experimental, la preparación de las partículas y la irradiación con los láseres de femtosegundo, mientras que la UPM se ha dedicado a la parte teórica.


El trabajo es parte de la tesis doctoral del complutense Guillermo González Rubio, que ha sido dirigida por Andrés Guerrero y por Luis Liz Marzán, del biomaGUNE, "que es uno de los grandes de la nanotecnología en España".

Andrés Guerrero, en la Facultad de QuímicasEl láser de femtosegundo que se utiliza en esta metodología, coloreado aquí de verde para que se aprecie en la imagenAndrés Guerrero junto a Pablo Díaz Nuñez, otro de los autores del artículo, en el CAI de Láseres Ultrarrápidos de la UCMRecreación de un nanopalito
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Comentarios - 1

Álvaro Martínez del Pozo

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Álvaro Martínez del Pozo - 9-11-2017 - 22:08:24h

Muy bien Andrés. Os felicito


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