martes, 18 de septiembre de 2018

Nanopartículas metálicas que se transforman en átomos individuales estables


Los catalizadores compuestos por átomos de metales nobles y cúmulos metálicos muy pequeños, tienden a sinterizarse y formar nanopartículas a temperaturas elevadas. Un grupo de investigadores de instituciones de China, reportaron el efecto contrario: nanopartículas de metales nobles (Pd, Pt, Au) soportadas en distintos sustratos se transforman en átomos individuales térmicamente estables, a temperaturas superiores a 900 °C, en atmósfera inerte. 

Este efecto se confirmó mediante microscopía electrónica de transmisión y barrido (STEM) con aberración corregida y por estudios de la estructura fina en la absorción de rayos X (EXAFS). La dinámica del proceso de transformación entre nanopartículas y átomos individuales, se registró in situ en un microscopio electrónico de atmósfera controlada, y se observó una competencia entre el proceso de sinterizado y el  de atomización. Los cálculos realizados con la teoría del funcional de la densidad electrónica, revelaron que esta transformación se debe a la formación de una estructura termodinámicamente más estable Pd-N4, que muestran superior actividad y selectividad en procesos de semi-hidrogenación de acetileno.

Estos estudios fueron publicados en Nature Nanotecnology.

miércoles, 12 de septiembre de 2018

Nuevo nanomaterial terapéutico que abate síntomas ocasionados por la artritis reumatoide


La artritis reumatoide es una enfermedad que ocasiona inflamación crónica en las articulaciones y es una de las principales causas de discapacidad motriz. Los terapéuticos biológicos actuales como las anti-citosinas no han obtenido los resultados esperados debido a la compleja red de interacciones intermoleculares en los sitios de inflamación. 

Un grupo de la Universidad de California en San Diego, desarrolló un nanomaterial que consiste en nanopartículas esféricas de aproximadamente 50 nm de un polímero de ácido poliglicólico (PLGA),  recubiertas con membranas de células del sistema inmune (neutrófilos). 

Estos compositos adquieren los receptores de la membrana celular y se comportan como nanoesponjas, absorbiendo de manera específica las moléculas que desencadenan el proceso inflamatorio. En pruebas in vivo, las  nanoesponjas también mostraron alta penetrabilidad en el tejido con colágeno y protegieron contra daños posteriores.

Esta nanotecnoIogía abre el camino hacia nuevos materiales biomiméticos, biodegradables y de  mayor eficiencia que las terapias tradicionales. 

El trabajo fue publicado recientemente en Nature Nanotechnology.

más información en Phys.org.

jueves, 6 de septiembre de 2018

Comportamiento dieléctrico anómalo del agua confinada en la nanoescala


Teóricamente se predice que la constante dieléctrica del agua interfacial debe ser mucho menor que el valor ε ≈ 80 correspondiente al agua en bulto, debido esencialmente a la pérdida de la libertad de rotación de los dipolos.

Empleando la microscopía de fuerza atómica y con la construcción de un arreglo experimental basado en canales delgados fabricados con nitruro de boro hexagonal (hBN) aislante, situados sobre una base de grafito conductor, un grupo internacional de investigadores, estudió el comportamiento dieléctrico del agua confinada en dichos canales, cuya altura puede variar de 1 a 300 nm. Sus experimentos revelan que, en capas interfaciales, el agua exhibe una polarización muy pequeña con ε de aproximadamente 2.  Demostraron que una capa de agua de 2 a 3 moléculas de espesor es dieléctricamente inactiva. 

Los resultados son de gran utilidad para las teorías que describen las interacciones superficiales mediadas por el agua y abre el camino a la investigación de las propiedades dieléctricas de otros fluidos o sólidos bajo condiciones de confinamiento.

Los resultados se publicaron recientemente en Science.

Mas información en MRS Bulletin.

miércoles, 29 de agosto de 2018

Micrografía multifotónica de baja irradiancia con nanocristales aleados de NaYF4 dopados con lantánidos


Uno de los métodos más comunes de generar imágenes de células y tejidos en un cuerpo vivo consiste en introducir partículas fluorescentes cuya luminiscencia es excitada por un láser. Sin embargo, para evitar los daños por radiación que sufren las células por la excitación con el láser, es necesario reducir la potencia de la radiación,  lo que a su vez reduce en gran medida la sensibilidad del método.

Un equipo de físicos estadounidenses recientemente descubrió que el uso de nanopartículas con una estructura de coraza inerte y un núcleo activo de tetrafloruros NaYF4dopados con iterbio y erbio, puede mejorar significativamente la sensibilidad  de la microscopía multi-fotón utilizada para la obtención de imágenes de tejidos in vivo. Estas partículas, de aproximadamente 12 nm de tamaño,   producen imágenes en ratones con un contraste mayor a 25 veces la relación de señal/fondo, a profundidades de varios milímetros de tejido y con una potencia de irradiación de solo 0,1 Watts/cm2.  

Los investigadores demostraron que, al aumentar la concentración de iones emisores de Er3+ en la coraza, se incrementan los procesos de absorción, impidiendo la saturación de los átomos sensibilizadores de Yb3+, así como la absorción directa de fotones.  

Como resultado aumenta la sensibilidad del método, lo que hace posible, en condiciones in vivo, obtener imágenes detalladas de tejidos humanos y animales localizados a mayor profundidad de la superficie. En el futuro, tales nanopartículas contribuirán a desarrollar métodos para la visualización  no destructiva de los tejidos profundos.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Communications.

jueves, 23 de agosto de 2018

Cúmulos de plata que emiten luz


Los cúmulos de átomos de plata atrapados en zeolitas, un material poroso con pequeños canales y cavidades, tienen notables propiedades emisoras de luz. Un equipo interdisciplinario de físicos y químicos de Bélgica demostró por primera vez el mecanismo de estas propiedades.
Los cúmulos de plata fueron irradiados en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón en Grenoble, lo que proporcionó información sobre la estructura y las propiedades del material. Se obtuvo evidencia de que se trata de cúmulos de cuatro átomos de plata en forma de tetraedro rodeados por moléculas de agua.

Los cúmulos, aunque tienen una estructura compuesta de varios átomos, tienen propiedades electrónicas parecidas a las de un solo átomo por lo que se les llama “superátomos”. Las propiedades ópticas de los cúmulos se originan en dos electrones que se mueven libremente.

Al ser excitados con la luz del sincrotrón, estos electrones decaen de un nivel de energía más alto a uno más bajo, emitiendo luz en el intervalo de frecuencia del verde. Estas observaciones experimentales se confirmaron mediante cálculos teóricos avanzados.

Los resultados de este trabajo podrán tener aplicaciones en fuentes de iluminación alternativas, entre otras cosas.

El estudio se publicó recientemente en Science.

miércoles, 15 de agosto de 2018

Autoensamble de nanojaulas inorgánicas de alta simetría dirigido por micelas surfactantes



A partir del ADN, ARN o proteínas, es posible ensamblar objetos de tamaño nanométrico, con estructuras simétricas y con forma de cajas poliédricas, particularmente con simetría icosaédrica, para aplicaciones en biología o medicina. Este logro se debe por una parte a los avances en el desarrollo de materiales biológicos en los que se puede programar el autoensamble. 

Por otra parte, se ha logrado caracterizar con alta resolución estructuras biológicas a  partir de imágenes de nanopartículas individuales producidas por el microscopio electrónico criogénico.
Sin embargo, esta técnica no se había aplicado para identificar nanomateriales inorgánicos sintéticos con forma de jaulas altamente simétricas.

En este trabajo un grupo internacional de investigadores (E.U.A. y Bélgica) propone la existencia de nanojaulas de sílica (menores a 10 nm) con estructura dodecaedral, a partir de microscopía electrónica criogénica y reconstrucciones en 3D de partículas aisladas. Las nanojaulas con alta simetría y auto-ensambladas se forman a partir de cúmulos de silica en solución acuosa sobre la superficie de micelas surfactantes cargadas pero con signos opuestos.

Este descubrimiento abre el camino para una amplia variedad de materiales inorgánicos que podrán usarse como elementos de construcción y aplicaciones como materiales funcionales avanzados.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Nature.

martes, 7 de agosto de 2018

Sensores nanoestructurados para la detección de alimentos descompuestos

El protocolo de comunicación de campo cercano (NFC, por sus siglas del inglés near field communication) es una tecnología inalámbrica diseñada para que dispositivos móviles transmitan datos de manera instantánea y a corta distancia. Esta tecnología se utiliza actualmente para desarrollar sensores acoplados a teléfonos inteligentes que puedan detectar la calidad del ambiente e indicadores biométricos.

Un grupo internacional de investigadores desarrolló un sensor NFC de gases para aminas volátiles biogénicas, como las que  produce   la carne en descomposición. Este sensor  se compone de polímeros nanoestructurados de polianilina dopada con Fe(III) sulfonato de p-tolueno con dimensiones de entre 60 – 200 nm,  que funcionan como interruptores de   corriente cuando la concentración de las aminas volátiles aumenta en los alimentos. Este sensor de gas-NFC es sensible a concentraciones de hasta 5 ppm de aminas como la putrescina, la cadaverina y el amonio. La sensibilidad del sensor de gas-NFC detectó concentraciones de aminas volátiles menores a las que se producen durante las etapas iniciales de la putrefacción.


La noticia fue publicada recientemente en Nano Letters.