miércoles, 5 de mayo de 2021

Nanopartículas de óxidos denarios como catalizadores altamente estables para la combustión de metano


 

Las nanopartículas de óxidos que contienen varios elementos se estudian ampliamente para su  aplicación en catálisis. En la actualidad, las nanopartículas de óxidos suelen estar limitadas a unos cuantos cationes, debido a  que la mezcla de múltiples elementos conduce a la segregación y a la producción de sustancias multifásicas.

 

Un equipo internacional de científicos propuso una manera de sintetizar nanopartículas monofásicas de óxido de múltiples elementos con composición, tamaño y estructura controlados. Los autores realizaron la síntesis mediante calentamiento a temperaturas altas obtenidas por efecto Joule. Mezclaron soluciones de sales metálicas que se aplicaron a sustratos de fibras de carbono, las cuales se pegaron a electrodos y se conectaron a una fuente de corriente. Al pasar diferentes corrientes a través de los electrodos, se logró un calentamiento rápido (de 10 a 500 milisegundos) a temperaturas de hasta mil quinientos grados Celsius que promovió la descomposición de las sales y la formación de nanopartículas de los óxidos deseados, sin aglomeración. En el caso de metales más activos y fácilmente oxidables (como Ca, Mg y Mn), este tratamiento fue suficiente para formar nanopartículas de óxidos multimetálicos. Para metales menos activos (como Cu, Ni y Pd) se requirieron cambios en la presión parcial de oxígeno.

 

Esta metodología permitió la mezcla de átomos con potenciales de oxidación muy diferentes (incluido el paladio), ampliando significativamente la variación en la composición. Así, se obtuvieron nanopartículas que contienen simultáneamente hasta diez metales diferentes (óxidos denarios). Se demostró que, con el catalizador de nanopartículas de óxidos denarios, se logra la combustión catalítica de metano a 400 grados Celsius, y la eficiencia del catalizador permanece sin cambios durante cien horas.

 

El método propuesto permite crear materiales multielemento para obtener catalizadores altamente estables.

 

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Catalysis

viernes, 23 de abril de 2021

Nanobiorreactor multifuncional retroalimentado por óxido nítrico, para el tratamiento del cáncer



El tratamiento del cáncer con quimioterapia tiene la limitante de que algunas células tumorales pueden desarrollar resistencia múltiple a fármacos anticancerígenos. Esta resistencia se ha relacionado con la sobreexpresión en la membrana celular de proteínas transportadoras de fármacos, como la glicoproteína P (P-gp), que, a su vez, es inhibida por el gas óxido nítrico (NO).  

Investigadores de China sintetizaron un nanobiorreactor multifuncional  que consiste en  micelas cargadas con el fármaco anticancerígeno doxorrubucina (DOX), recubiertas con el amino ácido L-arginina (L-Arg) (precursor del gas NO) y con la enzima glucosa oxidasa (GOx) (catalizador), unidas mediante un enlace disulfuro. A este nanobiorreactor se le denominó micela-DOX-Arg-GOx. 

 

Dentro de la célula tumoral se liberan la DOX y la L-Arg por la acción de glutatión intracelular. La L-Arg induce la producción de NO, lo que inhibe a la proteína P-gp y favorece el efecto del fármaco DOX. Por otro lado, la enzima GOx cataliza la producción de peróxido de hidrógeno (H2O2) a partir de glucosa, lo que incrementa la producción de NO y permite que se inicie un nuevo ciclo de actividad citotóxica. 

 

La acción terapéutica de la micela-DOX-Arg-GOx está retroalimentada por la producción del NO. Al ser un gas, el NO es permeable para las células, lo que aumenta su actividad catalítica en comparación con otros nanobiorreactores cuyo sustrato no es tan permeable. En un modelo animal de cáncer, la administración intravenosa de la micela-DOX-Arg-GOx tuvo efectos terapéuticos al disminuir en 12 días el volumen del tumor sin afectar otros parámetros fisiológicos de los animales. 

 

La generación de nanobiorreactores multifuncionales sinérgicos que combinen la quimioterapia con moléculas biológicas altamente reactivas y se retroalimenten a partir de la producción de gases abre nuevas posibilidades para la nanomedicina.

 

Los resultados fueron publicados recientemente en Chinese Chemical Letters

viernes, 16 de abril de 2021

Anisotropía en el plano de las propiedades ópticas y mecánicas de MoO3 bidimensional


 

Actualmente, entre los materiales bidimensionales de interés destacan los que presentan propiedades anisotrópicas en el plano. Muchas de las propiedades anisotrópicas provienen del índice de refracción y de las constantes de elasticidad del material. Entre estos materiales están los calcogenuros de metales de transición y compuestos bimetálicos, como el fósforo negro, que consisten de elementos del grupo V. 

 

Un material de especial interés es el trióxido de molibdeno MoO3. Se trata de un semiconductor con banda prohibida ancha (2.7 eV) que le permite ser casi transparente al espectro visible al mismo tiempo que mantiene su conductividad eléctrica. Sin embargo, las propiedades anisotrópicas del MoO3 no se habían analizado exhaustivamente. 

 

En este trabajo, investigadores españoles presentan resultados experimentales y cálculos empleando la teoría del funcional de la densidad electrónica para determinar la dependencia direccional del índice de refracción (birrefringencia) y el módulo de Young de hojas de MoO3 obtenidas por exfoliación, que son determinantes en las anisotropías observadas por espectroscopía Raman, experimentos de interacción fonón-polaritón, microscopía electrónica de transmisión y barrido con aberración corregida y espectroscopía de rayos X dispersados.

 

El MoO3 tiene aplicaciones optoelectrónicas y en electrónica flexible y ha sido probado como sensor de gases, memoria resistiva y en electrocromismo. Finalmente, las diferencias entre los parámetros de la red en el plano (a-c) hacen del α- MoO3 una plataforma perfecta para estudiar la anisotropía en el plano de sus propiedades ópticas, mecánicas y eléctricas.

 

Los resultados se publicaron en npj 2D Materials and Applications

jueves, 8 de abril de 2021

Superparamagnetismo cuántico en nano-monodominios que interactúan entre sí


 

El superparamagnetismo (SP) es un efecto del tamaño nanométrico: ocurre cuando el tamaño de los monodominios ferromagnéticos es menor a cierto valor y para el cual la magnetización en el interior del dominio fluctúa aleatoriamente. El comportamiento SP se aplica al desarrollo de materiales termoeléctricos de alto desempeño, dispositivos magnetoeléctricos y, en el área biomédica, en la hipertermia magnética utilizada para el tratamiento del cáncer, entre muchos otros.

 

La magnetización total de un sistema SP disminuye por debajo de la temperatura de bloqueo TB. Si el tamaño de los monodominios es menor a cierto valor crítico ocurre el fenómeno del superparamagnetismo cuántico (QSP, del inglés quantum superparamagnetism). En el estado QSP, reportado previamente solo en nanopartículas ultra-pequeñas aisladas entre sí, la magnetización total vuelve a incrementar su valor por debajo de cierta temperatura crítica TCr.

 

Investigadores del CNyN-UNAM reportaron la presencia de QSP en partículas nanoestructuradas de BiFeO3dopado con Er (Bi1-xErxFeO3 con 0.0 < x < 0.12). El análisis de la variación de la magnetización con la temperatura para x = 0.04 y 0.08, empleando los regímenes de enfriamiento sin campo magnético y con campo magnético aplicado, revela un comportamiento SP a temperatura ambiente, mientras que a temperaturas criogénicas ocurre una transición de fase magnética a TCr del estado SP-bloqueado a un estado QSP desbloqueado. 

 

Demostraron que el desbloqueo ocurre mediante el tunelamiento cuántico de la magnetización, regulado por la interacción entre los momentos magnéticos de ambos lados de las fronteras de los nano-monodominios cuyas superficies tienen estructura tipo vidrio de espín.

 

Este nuevo fenómeno QSP, observado en monodominios que interactúan entre sí, abre el camino para el desarrollo de nuevos dispositivos para la computación cuántica.

 

Los resultados se publicaron recientemente en Journal of Physical Chemestry C

jueves, 25 de marzo de 2021

Sílice mesoporosa magnética (Fе-MCM-41-A) como adsorbente de antibióticos: rendimiento, cinética y mecanismo


En años recientes, la contaminación por antibióticos de aguas residuales industriales se ha incrementado, así como de cuerpos de agua dedicados a la acuicultura. Debido a su impacto en el medio ambiente y la salud, la eliminación de antibióticos del agua es un problema que requiere solución. 


Un equipo de científicos chinos depositó nanopartículas magnéticas de hierro sobre sílice mesoporosa (Fe-MCM-41-A), y aplicó el material resultante para la adsorción de oxitetraciclina (OTC) a partir de una solución acuosa. Estudiaron los efectos de los iones competidores, como Na+, Ca2+ y Cu2+ en el proceso de adsorción a diferentes pH.

 

Por microscopía electrónica de transmisión del material sintetizado se demostró que el adsorbente Fe-MCM-41-A tiene canales hexagonales que facilitan la transferencia de masa durante la adsorción. La adsorción de OTC al Fe-MCM-41-A ocurre rápidamente y su capacidad máxima de adsorción es de 625.90 mg g−1. Las nanopartículas de hierro soportadas tienen propiedades magnéticas y, por lo tanto, después de la reacción, se puede separar al adsorbente de la solución mediante la acción de un campo magnético.

 

La reacción entre la OTC y las nanoparticulas de Fe-MCM-41-A ocurre mediante la formación de complejos en la superficie interna. La presencia del ion Na+ no tuvo un efecto significativo. El efecto promocional del Ca2+ en la adsorción fue bajo en condiciones ácidas y neutrales, pero aumentó a mayor pH. El Cu2+ siempre redujo la eficiencia de eliminación de la OTC.

 

Los autores ofrecen un modelo de adsorción de la OTC al Fe-MCM-41-A que incluye complejos de superficie, intercambio iónico, enlace-π –catiónico, enlace de hidrógeno y la hidrofobicidad del material.

 

Los resultados se publicaron recientemente en Scientific Reports

jueves, 18 de marzo de 2021

Diodo unidimensional de heterounión de van der Waals



Los científicos suelen producir heteroestructuras para lograr nuevas propiedades de dispositivos que no están disponibles en un solo material. Una heteroestructura de van der Waals está hecha de materiales 2D que se apilan directamente uno encima del otro como bloques de Lego o un sándwich. La fuerza de van der Waals, que es una fuerza de atracción entre moléculas o átomos neutros, mantiene unidos a los materiales.

 

Recientemente, un grupo de científicos de la Universidad Estatal de Pensilvania en Estados Unidos y de la Universidad de Tokio en Japón, logró la síntesis de heteroestructuras unidimensionales de van der Waals al enrollar estructuras bidimensionales formando nanotubos. Produjeron una heteroestructura unidimensional, de 11 nm de ancho, al ensamblar coaxialmente un nanotubo de carbono semiconductor de pared simple tipo-p, un nanotubo de nitruro de boro aislante y un nanotubo de disulfuro de molibdeno semiconductor tipo-n. De este modo se produce una heterounión radial, semiconductor-aislante-semiconductor. Al aplicar un potencial con polarización inversa entre el nanotubo de carbono y el nanotubo de disulfuro de molibdeno se observa el efecto rectificador típico de un diodo (ver la figura). 

 

Este diodo con base en una heterounión unidimensional ofrece una alternativa para la miniaturización, aún mayor, de dispositivos electrónicos y optoelectrónicos y además presenta mejores propiedades que su contraparte bidimensional. Se prevee un futuro muy promisorio para estos dispositivos unidimensionales.

 

 Los resultados se publicaron recientemente en la revista ASC Nano

 

Mas información en Nanotechnology News

jueves, 11 de marzo de 2021

Nanobiorreactores para el tratamiento de la galactosemia


La galactosemia es una enfermedad relacionada con la disfunción metabólica de la transformación de la galactosa en glucosa de acuerdo a la denominada “ruta de Leloir”. La deficiencia de la enzima galactosa-1-fosfato uridil transferasa (GALT), ocasiona una acumulación de galactosa-1-fosfato (Gal-1-P), lo que produce compuestos como galactiol y galactonato que son altamente tóxicos para el organismo. En los recién nacidos, la galactosemia puede ser letal, y en los adultos se relaciona con enfermedades como desórdenes motores, mentales y neurológicos, osteopenia, osteoporosis, hepatomegalia, fallas renales y hepáticas, cataratas, entre otras. No existe una terapia efectiva, pero se recomienda eliminar de la dieta el consumo de galactosa; sin embargo, suele no ser suficiente. Otras soluciones proponen bloquear la ruta de Leloir para evitar la acumulación tóxica de la Gal-1-P, pero esto conlleva efectos secundarios tóxicos. 

 

Investigadores del Centro de Nanociencias y Nanotecnología de la UNAM desarrollaron un nanorreactor de partículas tipo virus (VLP’s, por sus siglas en inglés) de la cápside del virus del mosaico  del bromo (BMV) que contiene en su interior a la enzima GALT, como una alternativa para el tratamiento de la galactosemia clásica. Demostraron que dentro de cada VLP de BMV existen en promedio 13.5 dímeros de GALT que conservan su actividad catalítica (kcat 16%) con respecto a la enzima libre. Los nanobiorreactores sin funcionalizar y que contienen GALT pueden internalizarse en células de hígado, riñón y fibroblastos. Así, se demuestra que la terapia de reemplazo enzimático puede ser una estrategia eficaz para este tipo de patologías. 

 

Los resultados de esta investigación se publicaron en: ChemMedChem