¿Pueden la nanotecnología y la ciencia de materiales contribuir a la lucha contra el SARS-CoV-2?

A partir de la propagación global del nuevo coronavirus (SARS-CoV-2), ha surgido una pregunta: ¿es posible crear nanomateriales con propiedades antivirales que puedan ayudar a limitar la propagación del virus, o aumentar la efectividad del equipo de protección personal mediante el desarrollo de recubrimientos antivirales?

En una carta al editor de la revista Nanomaterials, científicos italianos revisan y proponen soluciones tecnológicas basadas en nanomateriales para contribuir a distintos aspectos de la lucha contra el virus. Un ejemplo sería funcionalizar nanopartículas metálicas utilizando fármacos antivirales típicos, lo que proporciona una gran eficacia sinérgica al compuesto resultante. Las nanopartículas también se pueden usar para modificar máscaras quirúrgicas y respiradores. En el futuro, puede preverse el desarrollo de nanomedicinas que combinen nanoportadores biodegradables y agentes nanoantivirales para la aerosolización de los pulmones en pacientes ventilados. Esto proporcionaría una concentración local más alta del fármaco antiviral, limitando su penetración en el torrente sanguíneo y, por lo tanto, reduciendo los efectos secundarios.

Por otro lado, los textiles y recubrimientos antivirales y antibacterianos basados en nanomateriales, en forma de materiales desechables, constituyen otro ejemplo que requiere una respuesta tecnológica rápida empleando nanomateriales antivirales híbridos.

En este artículo se examinan estas y otras aportaciones que pueden hacer la nanotecnología y la ciencia de materiales para contribuir a la lucha contra el SARS-CoV-2.

El trabajo fue publicado recientemente en Nanomaterials.

Transición de semiconductor a metal en oro bidimensional

Los metales en general y el oro en particular se caracterizan por su buena conductividad eléctrica. Sin embargo, investigadores de Alemania e Italia, han descubierto que algunos metales preciosos, como el oro, pierden esta propiedad si son lo suficientemente delgados. En el caso extremo de una monocapa atómica (capa del grosor de un átomo) ésta se comporta como un semiconductor. 

Para estudios básicos así como para aplicaciones tecnológicas, existe mucho interés en producir monocapas atómicas de metales de transición pero, sobre todo si se desea obtener áreas grandes, la tarea no es fácil. Los investigadores sintetizaron la monocapa de oro bidimensional, intercalada y estabilizada entre carburo de silicio y una monocapa de grafeno. Mostraron experimentalmente que, en este arreglo, la monocapa 2D de Au es, en efecto, un semiconductor con una banda de valencia cuyo máximo nivel está 50 meV por debajo del Nivel de Fermi. Las capas de grafeno y oro en gran medida no interactúan, definiendo así una heteroestructura tipo van der Waals. 

Posteriormente, demostraron que, al ajustar la cantidad de oro entre el SiC y el grafeno, se induce una transición de semiconductor a metal en la monocapa de Au, no observada previamente y de gran interés por la física fundamental.

Estas nuevas propiedades de las monocapas de metales de transición podrían conducir a aplicaciones en magnetismo 2D, nanoplasmónica y óptica no-lineal. 

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Communications

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Nanopartículas como agentes de contraste en imágenes por rayos X

La imágenes obtenidas mediante rayos X son el método de diagnóstico más frecuente en la medicina moderna, y recientemente ha habido importantes avances en esta tecnología conocida como imagenología

Investigadores de Estados Unidos e Israel publicaron una revisión sobre el tema que abarca desde las primeras imágenes obtenidas por rayos X y sus principios físicos hasta una descripción de las nuevas modalidades de imagenología por rayos X. En particular, se examina la importancia de los agentes de contraste para la adquisición de imágenes, como tomografías computacionales., 

Los agentes de contraste mejoran las imágenes obtenidas por rayos X, ya que ayudan a distinguir el área del cuerpo u órgano investigado, de los tejidos circundantes. 

Los autores exponen las ventajas de utilizar nanopartículas metálicas como agentes de contraste. Las nanopartículas de plata, de oro, de aleaciones de oro/plata y las nanopartículas de bismuto, poseen alto nivel de contraste, son capaces de circular durante tiempos prolongados y sus propiedades fisicoquímicas son ajustables. Las nanopartículas metálicas también resultan ser menos tóxicas y de más fácil excreción que sus contrapartes macroscópicas. 

 En este trabajo se ofrece una alternativa a la práctica actual que utiliza sustancias químicas basadas en compuestos yodados, sulfato de bario, clústeres de tungsteno o gadolinio, entre otros. Pues aunque son usados frecuentemente, tienen efectos secundarios tan severos como daño renal y paro cardiorrespiratorio.  

El artículo fue publicado recientemente en 

WIREs  NANOMEDICINE AND NANOBIOTECHNOLOGY 

Calefactor de Joule basado en una monocapa de grafeno

La tecnología actual demanda sistemas de calefacción para uso en la industria, en automóviles, doméstico y en sistemas flexibles de micro-calefacción en prendas de vestir. Los calefactores más utilizados son de grafeno oxidado y luego reducido, o bien de láminas grafeno depositadas a partir de la descomposición química de vapores (CVD por sus siglas en inglés).

Un grupo de investigadores rusos reportó la síntesis de monocapas de grafeno utilizando el método CVD y metano como precursor del carbono. Utilizaron láminas de cobre como sustrato catalizador. Una vez depositado, el grafeno se transfirió a un sustrato polimérico mediante un método de impresión a alta temperatura. Además, se desarrolló un modelo teórico con el fin de estimar el gradiente térmico en los cristales de grafeno. El sobrecalentamiento local en las fronteras de grano de los cristales de grafeno es el  factor principal que limita la potencia de los calefactores de grafeno por lo que se require reducir el tamaño 2D de los cristales de grafeno en el recubrimiento. Resulta muy conveniente utilizar cobre como catalizador pues al no interaccionar químicamente con el carbono, la película de grafeno se puede separar  fácilmente del sustrato.

En este trabajo se demuestra la posibilidad de construir elementos de calefacción basados en grafeno sobre compuestos poliméricos con un flujo de calor de 0.6 W/cm² en aire y 2.7 W/cm² en agua. Además se propone un modelo teórico que describe las características del calefactor.

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